Nunca ves un pavo real desvaído. Las plumas brillantes, iridiscentes, verdes y azules no se blanquean al sol ni se decoloran con el tiempo. Eso es porque todo el color proviene de la estructura, no del pigmento; las plumas en sí son marrones, y son las pequeñas formas en ellas las que causan que las longitudes de onda de la luz interfieran entre sí, produciendo los colores que ves.
El fenómeno se ha estudiado durante cientos de años, pero durante la última década más o menos, los científicos han comenzado a construir este tipo de coloración en estructuras hechas por el hombre, como lo demuestra un artículo publicado hoy en Science Advances . Xiaolong Zhu y un equipo de la Universidad Tecnológica de Dinamarca desarrollaron un método que usa láseres para construir nanoestructuras a partir de germanio, que reflejan longitudes de onda de colores particulares, y pueden usarse para construir imágenes de color duraderas.
"Lo más importante es que hacemos una impresión láser de alta resolución de muchos colores con una película muy delgada de material de germanio", dice Zhu.
Él lo llama impresión láser, aunque los conceptos básicos del color estructural presentan una serie de columnas microscópicas en una superficie en lugar de lo que pensamos como una impresora láser normal. El tamaño y la forma de esas columnas corresponden a la longitud de onda de la luz visible de tal manera que solo ciertas longitudes de onda pueden escapar de los canales. Entre los materiales hechos por el hombre, ese sustrato es un metal o un semiconductor. En este caso, Zhu y su equipo colocaron germanio sobre pilares de plástico, convirtiéndose en el primero en construir tales estructuras de un semiconductor sin metal mezclado.
Esto confiere una ventaja particular: un láser de alta potencia, sintonizado a la frecuencia correcta, puede fundir selectivamente el germanio. El punto de partida es una película delgada de germanio, estirada sobre una superficie delgada, flexible y plástica, con columnas microscópicas circulares que se extienden hacia arriba. Cuando los investigadores golpean las columnas con el láser, se funden de un círculo a una esfera, lo que cambia el color en que el material aparece de rojo a azul. Como los pilares tienen solo 100 nanómetros de ancho, el proceso puede proporcionar hasta o más de 100, 000 ppp, que es aproximadamente la resolución máxima teóricamente posible para las impresoras láser tradicionales.
Mejor aún, el grado de fusión también es controlable, lo que significa que una media esfera, o una esfera parcial, puede mostrar un color en cualquier parte del espectro visual entre los dos extremos.
"Lo que realmente están resolviendo aquí es un problema de ingeniería clave que debe resolverse para ciertas aplicaciones en color estructural, y así es como puede hacer un sistema en el que pueda escribir un patrón en él como diferentes colores estructurales en diferentes puntos en el patrón ", dice Vinothan Manoharan, profesor de física en Harvard, cuyo laboratorio estudia un medio diferente de hacer un color estructural basado en el autoensamblaje de nanopartículas.
La coloración estructural imprimible como estas es deseable por su durabilidad. Al igual que el pavo real, no se desvanecen ni se blanquean.
"No se desvanecerá por mucho tiempo", dice Zhu. “Esa es la ventaja de este tipo de tecnología. La tinta de los pigmentos se desvanecerá con el tiempo, especialmente para uso externo ”.
Un láser imprimió 127, 000 puntos por pulgada en esta imagen de la Mona Lisa. (Universidad Técnica de Dinamarca) Si bien este método requiere un material coronado por un semiconductor (y no uno particularmente barato, aunque el equipo está trabajando para reemplazar el germanio con el silicio más fácilmente disponible), Zhu dice que la capa de semiconductor es tan delgada (35 nanómetros) que imprime en ella se vuelve factible para muchas aplicaciones. Menciona primero la seguridad y el almacenamiento de información, porque la alta resolución y la alta densidad de información habilitada por la codificación en color se prestan a estas.
Un DVD puede venir con un patrón de seguridad, dice. O, si las columnas circulares se reemplazan con cajas cuadradas, entonces la luz se polariza de una manera particular. La información puede almacenarse, pero solo recuperarse cuando se encuentra bajo la luz correctamente polarizada. Esto podría convertirse en marcas de agua o "tinta" para la protección de billetes falsos en monedas.
Sin embargo, no busque nada en los estantes pronto. Zhu y su equipo todavía están tratando de resolver un problema complicado pero importante: cómo producir luz verde. El verde está en el medio del espectro, lo que significa que tendrán que desarrollar estructuras para absorber tanto la luz azul como la roja. Actualmente están desarrollando nanoestructuras más complicadas para hacer eso, dice Zhu.
"Tendrán que resolver otros problemas para lograr las aplicaciones que querían lograr", dice Manoharan. “Este es un gran campo ahora. Hay mucho trabajo en este espacio. Hay una amplia gama de aplicaciones para el color estructural, y esa es la razón por la cual hay tantas técnicas diferentes. Para esta aplicación, mi opinión personal es que es realmente buena para las tintas de seguridad ".
