Connect with us

Znanost

Fizika

Primijenjena fizika kao umjetnost

U dvorani Pierce Hall na američkom sveučilištu Harvard, površina malih i germanijem obloženih zlatnih listića živo sja u grimiznoj boji. Centimetar desno, gdje je isti metalik premaz doslovno samo oko 20 atoma deblji, površina je tamno plava, gotovo crna.

Te boje oblikuju logotip škole Harvard School of Engineering and Applied Sciences (SEAS), gdje su istraživači pokazali novi način kako se boja metalnih površina može prilagođavati iskorištavanjem dosad sasvim previđenog optičkog fenomena. Već se stoljećima mislilo da se efekti interferencije tankoslojnih filmova, poput onih koji uzrokuju da masni pločnici odražavaju dugine boje, ne mogu dogoditi u neprozirnim materijalima. Harvardski fizičari su otkrili da se i vrlo tanki filmovi, čak i atomski tanki, mogu prilagoditi kako bi reflektirali određeni niz dramatičnih i živih boja.

Rezultati istraživanja objavljeni u časopisu Nature Materials otvaraju nove mogućnosti za izradu sofisticiranih optičkih uređaja, kao i potrošačkih proizvoda, poput nakita i novih tehnika u vizualnim umjetnostima.

To otkriće je zadnje u nizu koje dolazi  iz laboratorija Federica Capassa, Roberta L. Wallacea i Vintona Hayesa s Elektrotehničkog fakulteta u SEAS-u, a čija je istraživačka skupina nedavno proizvela ultratanke ravne leće i iglu od zraka svjetlosti kojom se obrađuje površina metala. Zajednička nit u Capassovom nedavnim istraživanjima je manipulacija svjetlom na sučelju materijala koji su projektirani u nano veličini, u istraživačkom području koje se naziva nanofotonika. Diplomant i glavni autor članka Mikhail A. Kats tu je temu proradio u carstvu boja.

“U mojoj grupi često preispitujemo stare fenomene, kod kojih se misli da je sve već poznato”, kaže Capasso. “Ako držite otvorene oči, kao što čine i mnogi moji studenti, možete otkriti uzbudljive stvari koje su drugi previdjeli. U ovom konkretnom slučaju dosad gotovo da nije bilo razilaženja među inženjerima u mišljenju da korištenje interferencija uzrokuje da valovi moraju odskočiti mnogo puta, zbog čega je bolje da je materijal transparentan. Ono što je Mikhail učinio – a to je jednostavno izračunati – jest to da je pokazao da se korištenjem filma koji upija svjetlo kao što je germanij, a koji je puno tanji od valne duljine svjetlosti, još uvijek mogu vidjeti veliki učinci interferencije.”

Rezultat je struktura sastavljena od samo dva elementa, zlata i germanija (ili od mnogih drugih mogućih parova), koja blista bez obzira na boju koja se odabere.
“Svi smo upoznati s fenomenom koji se uočava kad se tanki sloj benzina nalazi na cesti po mokrom danu, pri čemu se vide brojne različite boje”, objašnjava Capasso.
Te se boje pojavljuju jer vrhovi i dolovi kod svjetlosnih valova interferiraju jedni s drugima dok oni prolaze kroz ulje u vodu ispod i odražavaju se natrag u zrak. Neke boje (valne duljine) dobivaju na svjetlini (amplituda), dok se druge boje izgube.

To je u osnovi isti učinak koji Capasso i Kats koriste sa suautorima Romainom Blanchardom i Patriceom Genevetom. Upijajući premaz germanija zadržava određene boje svjetlosti, dok u fazama propušta ostale boje, tako da su vrhovi i dolovi valova usko poredani i odražavaju jednu čistu živopisnu boju.
“Umjesto da pokušavamo smanjiti optičke gubitke, mi ih koristimo kao sastavni dio dizajna tankoslojnih premaza”, primjećuje Kats. “U našem dizajnu, refleksija i apsorpcija surađuju kako bi dale najbolji učinak.”

Ipak, najviše zaprepašćuje da je razlika od samo nekoliko atoma u debljini premaza dovoljna da se proizvedu dramatične promjene boje. Film od germanija se nanosi standardnim proizvodnim tehnikama poput litografije i fizičkog nanošenja para, koje istraživači uspoređuju sa slikarstvom sprejem, pa se samo s minimalnom količinom materijala debljine između 5 i 20 nanometara, mogu izraditi razni dizajni boja i uzoraka na podlozi bilo koje vrste i veličine.
“Samo promjenom debljine tog filma za oko 15 atoma, možete promijeniti i boju”, kaže Capasso. “To je izvanredno.”
Istraživači su već izveli isti postupak na srebru, čineći ga da izgleda poput zlata, kao i niza pastelnih boja.
Ured za razvoj tehnologije s Harvarda prijavio je ovaj postupak za patent i sada radi s Capassovim laboratorijem na komercijalizaciji ove nove tehnologije, bilo osnivanjem nove tvrtke ili davanjem licence nekoj od postojećih tvrtki. Područja primjene nove tehnologije koja su dosad istražena su potrošački proizvodi i optički uređaji, poput filtera, ekrana, fotonaponskih sustava, detektora i modulatora.

Ovaj rad su dijelom financijski pomogli i Ured za znanstveno istraživanje američkog ratnog zrakoplovstva U.S. Air Force i američka nacionalna zaklada za znanost National Science Foundation.

Kao magistar informacijske znanosti, iz profesionalnih razloga posebno prati razvoj kako gospodarskih i znanstvenih prilika u zemlji i svijetu, tako i općih kulturnih i drugih događanja poput razvoja tehnologije i njezinog utjecaja na društvo.

Ostavi komentar

Ostavi komentar

Vaša adresa e-pošte neće biti objavljena. Obavezna polja su označena sa *

Više u Fizika

Popularno

Advertisement

Pratite nas na Fejsu

Na Vrh