Du ser aldri en bleknet påfugl. De lyse, iriserende, grønne og blå fjærene bleker ikke i solen eller misfarges over tid. Det er fordi fargen kommer fra struktur, ikke pigment; fjærene i seg selv er brune, og det er de bittesmå formene på dem som får lysbølgelengder til å forstyrre hverandre og produsere fargene du ser.
Fenomenet har blitt studert i hundrevis av år, men i løpet av det siste tiåret eller så har forskere begynt å bygge denne typen fargelegging til menneskeskapte strukturer, eksemplifisert i en artikkel publisert i Science Advances i dag. Xiaolong Zhu og et team fra Technology University of Denmark utviklet en metode som bruker lasere for å konstruere nanostrukturer av germanium, som gjenspeiler bølgelengder i bestemte farger, og som kan brukes til å konstruere holdbare fargebilder.
"Det viktigste er at vi lager høyoppløselig laserutskrift av mange farger av en veldig tynn film av germaniummateriale, " sier Zhu.
Han kaller det laserutskrift, selv om det grunnleggende om strukturell farge har en rekke mikroskopiske søyler på en overflate i stedet for hva vi tenker på som en vanlig laserskriver. Størrelsen og formen til disse søylene tilsvarer bølgelengden til synlig lys på en slik måte at bare visse bølgelengder kan unnslippe bunnene. Blant menneskeskapte materialer er det underlaget et metall eller en halvleder. I dette tilfellet la Zhu og teamet hans germanium over plastsøyler, og ble de første til å bygge slike strukturer av en halvleder uten metallblanding.
Dette ga en spesiell fordel: En høydrevet laser, innstilt til riktig frekvens, kan selektivt smelte tyskeren. Utgangspunktet er en tynn film av germanium, strukket over en tynn, fleksibel plastoverflate, med mikroskopiske sirkulære søyler som strekker seg oppover. Når forskerne treffer kolonnene med laseren, smelter de fra en sirkel til en sfære, noe som endrer fargen på at materialet vises fra rødt til blått. Siden søylene bare er 100 nanometer brede, kan prosessen gi opp til eller utover 100 000 dpi, som er rundt den maksimale oppløsningen som teoretisk er mulig for tradisjonelle laserskrivere.
Enda bedre er smeltegraden også kontrollerbar, noe som betyr at en halv sfære, eller en delvis sfære, kan vise en farge hvor som helst på det visuelle spekteret mellom de to ytterpunktene.
"Det de virkelig løser her, er et viktig ingeniørproblem som må løses for visse applikasjoner i strukturell farge, og det er hvordan du kan lage et system der du kan skrive et mønster inn i det som forskjellige strukturfarger på forskjellige punkter i mønsteret, ”sier Vinothan Manoharan, en fysikkprofessor ved Harvard hvis laboratorium studerer et annet middel til å lage strukturell farge basert på selvmontering av nanopartikler.
Utskriftsvennlig strukturell farge som disse er ønskelig for deres holdbarhet. Som påfuglen vil ikke de blekne eller bleke.
"Den vil ikke forsvinne på lenge, " sier Zhu. “Det er fordelen med denne typen teknologi. Pleksene til pigmenter vil visne over tid, spesielt for bruk utenfor. ”
En laser trykket 127.000 prikker per tomme i dette bildet av Mona Lisa. (Danmarks tekniske universitet) Selv om denne metoden krever et materiale som er toppet av en halvleder (og ikke et spesielt billig, selv om teamet jobber med å erstatte germanium med det lettere tilgjengelige silisium), sier Zhu at halvlederlaget er så tynt - 35 nanometer - at du trykker på den blir mulig for mange applikasjoner. Han nevner sikkerhet og informasjonslagring først, fordi den høye oppløsningen og den høye informasjonstettheten som muliggjøres ved koding i farger, gir seg til disse.
En DVD kan komme med et sikkerhetsmønster, sier han. Eller, hvis de sirkulære kolonnene er erstattet med firkantede bokser, polariserer lyset på en spesiell måte. Informasjon kan lagres, men bare hentes når den er under riktig polarisert lys. Dette kan komme til vannmerker eller "blekk" for forfalskning i valutaer.
Ikke se etter noe i hyllene snart. Zhu og teamet hans prøver fortsatt å løse et vanskelig, men viktig problem: hvordan man produserer grønt lys. Grønt er i midten av spekteret, noe som betyr at de må utvikle strukturer for å absorbere både blått og rødt lys. De utvikler for tiden mer kompliserte nanostrukturer for å gjøre det, sier Zhu.
"De må løse noen andre problemer for å oppnå applikasjonene de ønsket å oppnå, " sier Manoharan. “Dette er et stort felt nå. Det er mye arbeid på dette rommet. Det finnes et bredt spekter av applikasjoner for strukturell farge, og det er slags grunnen til at det er så mange forskjellige teknikker. For denne applikasjonen er min personlige mening at den er veldig bra for sikkerhetsfarge. "
