Видео в режиме реального времени, запечатлевшее растяжение структурного цветового узора размером 8 × 6 дюймов, на котором изображен букет цветов в честь работы физика XIX века Габриэля Липпмана.
Яркие переливающиеся цвета крыльев бабочек или панцирей жуков возникают не из-за каких-либо молекул пигмента, а из-за того, как устроены крылья — естественный пример того, что физики называют фотонными кристаллами. Ученые могут создавать свои собственные конструкционные цветные материалы в лаборатории, но может быть сложно масштабировать процесс для коммерческого применения без ущерба для оптической точности.
Теперь ученые Массачусетского технологического института адаптировали метод голографической фотографии 19-го века для создания хамелеоноподобных пленок, которые меняют цвет при растяжении. Метод можно легко масштабировать, сохраняя при этом наноразмерную оптическую точность. Они описали свою работу в новой статье, опубликованной в журнале Nature Materials.
В природе чешуйки хитина (полисахарида, общего для насекомых) устроены как черепица. По сути, они образуют дифракционную решетку, за исключением того, что фотонные кристаллы производят только определенные цвета или длины волн света, в то время как дифракционная решетка создает весь спектр, как призма. Фотонные кристаллы, также известные как материалы с фотонной запрещенной зоной, являются «настраиваемыми», что означает, что они точно упорядочены так, чтобы блокировать определенные длины волн света, пропуская другие. Измените структуру, изменив размер плиток, и кристаллы станут чувствительными к другой длине волны.
Создание структурных цветов, подобных тем, что встречаются в природе, является активной областью исследования материалов. Например, приложения для оптического восприятия и визуальной связи выиграют от структурно окрашенных материалов, которые меняют оттенок в ответ на механические воздействия. Существует несколько методов изготовления таких материалов, но ни один из этих методов не может одновременно контролировать структуру в необходимых малых масштабах и масштабироваться за пределы лабораторных условий.
Затем соавтор Бенджамин Миллер, аспирант Массачусетского технологического института, обнаружил выставку по голографии в музее Массачусетского технологического института и понял, что создание голограммы в некоторых отношениях похоже на то, как природа создает структурный цвет. Он углубился в историю голографии и узнал о технике цветной фотографии конца XIX века, изобретенной физиком Габриэлем Липпманном.
Как мы сообщали ранее, в 1886 году Липпманн заинтересовался разработкой средства фиксации цветов солнечного спектра на фотопластинке, «благодаря чему изображение остается фиксированным и может оставаться при дневном свете без ухудшения». Он достиг этой цели в 1891 году, создав цветные изображения витража, вазы с апельсинами и красочного попугая, а также пейзажи и портреты, в том числе автопортрет.
Процесс цветной фотографии Липпмана включал, как обычно, проецирование оптического изображения на фотопластинку. Проекция осуществлялась через стеклянную пластину, покрытую с другой стороны прозрачной эмульсией очень мелких зерен галогенида серебра. Также с эмульсией контактировало зеркало из жидкой ртути, поэтому проецируемый свет проходил через эмульсию, попадал на зеркало и отражался обратно в эмульсию.
Растяжение в реальном времени структурного цветного материала, встроенного в повязку в качестве колориметрического датчика давления. Видео было снято на открытом воздухе, чтобы продемонстрировать четкую цветопередачу при естественном освещении.
