Φωτονικοί κρύσταλλοι σχηματίστηκαν με την πάροδο του χρόνου στο αρχαίο ρωμαϊκό γυαλί - Physics World

Μια χαρακτηριστική ιριδίζουσα πατίνα σε ένα αρχαίο ρωμαϊκό γυάλινο θραύσμα προέρχεται από μια φωτονική κρυσταλλική δομή που σχηματίστηκε φυσικά μέσα στο υλικό με την πάροδο του χρόνου, λένε ερευνητές στην Ιταλία και τις ΗΠΑ. Ο ασυνήθιστος κρύσταλλος περιέχει εναλλασσόμενα στρώματα στρωμάτων πυριτίου υψηλής και χαμηλής πυκνότητας που μοιάζουν με ανακλαστήρες γνωστούς ως στοίβες Bragg και η παρουσία τους κάνει την επιφάνεια του θραύσματος να λάμπει σαν χρυσός καθρέφτης. Εκτός από την αποκάλυψη των χαρακτηριστικών νανοκλίμακας του αρχαίου γυαλιού, η ανακάλυψη είναι ένα παράδειγμα φυσικής νανοκατασκευασμένης σύνθετης φωτονικής αρχιτεκτονικής – κάτι που θα μπορούσε να εμπνεύσει νέες στρατηγικές για την παραγωγή διαφορετικών συνθέσεων γυαλιού με τεχνητή γήρανση.

Τα αρχαία γυάλινα αντικείμενα έχουν συχνά ιριδίζουσες πατίνες που σχηματίζονται σταδιακά από τη διάβρωση. Αυτή η φυσική διαδικασία περιλαμβάνει τα σωματίδια πυριτίου στο γυαλί επανειλημμένα να διαλύονται και να κατακρημνίζονται. Η τελική σύνθεση και δομή της πατίνας εξαρτάται από δύο παράγοντες: τις αντιδράσεις μεταξύ των αρχικών συστατικών στο γυαλί και των χημικών ουσιών στο γεμάτο με νερό έδαφος και το pH του νερού. Αυτές οι αντιδράσεις αναδιαρθρώνουν το γυαλί σε στρώματα πάχους νανομέτρων έως μικρομέτρων, ή ελάσματα, τα οποία σχηματίζονται από νανοσωματίδια με τακτικά εναλλασσόμενη πυκνότητα συσκευασίας. Αυτά τα ελάσματα είναι που δίνουν τη λάμψη της πατίνας.

Στη μελέτη τους, Τζούλια Γκουιντέτι του Πανεπιστημίου Tufts Silklab και Ρομπέρτα Ζανίνι και Giulia Franceschin κατά τη Κέντρο Τεχνολογίας Πολιτιστικής Κληρονομιάς (CCHT) του Ιταλικού Ινστιτούτου Τεχνολογίας επέλεξε να αναλύσει ένα θραύσμα ρωμαϊκού γυαλιού που ανακτήθηκε κοντά στην αρχαία πόλη Aquileia, η οποία βρίσκεται περίπου 100 χιλιόμετρα βορειοανατολικά της Βενετίας. Χάρη σε χημικές αναλύσεις που ελήφθησαν με χρήση φασματοσκοπίας μάζας με αφαίρεση λέιζερ, επιβεβαίωσαν ότι το γυαλί ήταν κατασκευασμένο από πυριτική σόδα-άσβεστο (το οποίο είναι χαρακτηριστικό του γυαλιού που παράγεται στη Ρωμαϊκή Αυτοκρατορία) και χρονολόγησαν το δείγμα μεταξύ του πρώτου αιώνα π.Χ. και του πρώτου αιώνα Κ.Χ. . Στη συνέχεια χρησιμοποίησαν οπτικό και ηλεκτρονικό μικροσκόπιο για να χαρακτηρίσουν τη σύνθεση της πατίνας πάχους χιλιοστού και διαπίστωσαν ότι λάμπει έντονα και αντανακλά το φως σε ένα ευρύ φάσμα μηκών κύματος.

Στοίβες Bragg υψηλής ανακλαστικότητας

Οι ερευνητές λένε ότι αυτές οι ιδιότητες προέρχονται από στοίβες εξαιρετικά διατεταγμένων νανοδομημένων περιοχών στην πατίνα που μεμονωμένα συμπεριφέρονται σαν στοίβες Bragg υψηλής ανακλαστικότητας. Η συλλογική συμπεριφορά αυτών των περιοχών υποδηλώνει ότι το αρχικά άμορφο υλικό έχει μετατραπεί σε καλά οργανωμένους φωτονικούς κρυστάλλους μέσω μακροχρόνιων διαδικασιών διάβρωσης και αυτοσυναρμολόγησης των νανοσωματιδίων πυριτίου στο γυαλί. Πράγματι, εκτός από την πατίνα, ο όγκος του ποτηριού παραμένει στην αρχική του μορφή και έχει σκούρο πράσινο χρώμα.

«Είναι αξιοσημείωτο το γεγονός ότι μια τόσο εξελιγμένη νανοδομή, κάτι που οι ερευνητές και οι μηχανικοί φωτονικής ξοδεύουν πολύ χρόνο και προσπάθεια για να κατασκευάσουν σε καθαρά δωμάτια, έχει δημιουργηθεί με το να θάβεται στο έδαφος για χιλιάδες χρόνια», λέει. Φιορέντζο Ομενέτο, εμβιομηχανικός μηχανικός και επικεφαλής του Silklab. «Επιστημονικά, μιλώντας, αυτή η διαδικασία διάβρωσης μπορεί να αποτελέσει έμπνευση για μια διαφορετική προσέγγιση για την ανάπτυξη «δομικών χρωμάτων» και καθρεφτών, υπό την προϋπόθεση ότι ο μετασχηματισμός του γυαλιού επιταχύνθηκε σημαντικά, φυσικά».

Ζούμε στην Εποχή του Γυαλιού;

Πάνω απ' όλα, όμως, τονίζει «τη χαρά να κάνεις μια τόσο απροσδόκητη ανακάλυψη. Αυτό το δείγμα ήταν κυριολεκτικά αστραφτερό σε ένα ράφι και τράβηξε την προσοχή μας καθώς περνούσαμε».

Οι ερευνητές, που αναφέρουν την εργασία τους στο PNAS, τώρα εργάζονται για τον εντοπισμό άλλων αρχαίων γυάλινων αντικειμένων με παρόμοια χαρακτηριστικά. «Ενώ οι ιριδίζουσες πατίνες σε αρχαίο γυαλί είναι σχετικά κοινές, αυτό το συγκεκριμένο θραύσμα, που χαρακτηρίζεται ως φωτονικός κρύσταλλος, παρουσιάζει μια μοναδική περίπτωση», δήλωσε ο διευθυντής του CCHT Arianna Traviglia λέει Κόσμος Φυσικής. «Στόχος μας είναι να μελετήσουμε περαιτέρω αυτό το φαινόμενο και να κατανοήσουμε τις περιβαλλοντικές συνθήκες που διευκολύνουν την εμφάνισή του».

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://physicsworld.com/a/photonic-crystals-formed-over-time-in-ancient-roman-glass/