Cristales fotónicos formados con el tiempo en vidrio romano antiguo – Física Mundial

Una pátina iridiscente distintiva en un antiguo fragmento de vidrio romano proviene de una estructura de cristal fotónico que se formó naturalmente dentro del material con el tiempo, dicen investigadores de Italia y Estados Unidos. El inusual cristal contiene capas alternas de sílice de alta y baja densidad que se asemejan a reflectores conocidos como pilas de Bragg, y su presencia hace que la superficie del fragmento brille como un espejo dorado. Además de revelar las características a nanoescala del vidrio antiguo, el descubrimiento es un ejemplo de arquitectura fotónica compleja nanofabricada de forma natural, algo que podría inspirar nuevas estrategias para producir diferentes composiciones de vidrio envejeciéndolas artificialmente.

Los artefactos de vidrio antiguos suelen tener pátinas iridiscentes que se forman gradualmente por la corrosión. Este proceso natural implica que las partículas de sílice del vidrio se disuelvan y reprecipiten repetidamente. La composición y estructura final de la pátina depende de dos factores: reacciones entre los componentes originales del vidrio y los productos químicos del suelo cargado de agua, y el pH del agua. Estas reacciones reestructuran el vidrio en capas o láminas de espesor de nanómetros a micras, que están formadas por nanopartículas con densidades de empaquetamiento que se alternan regularmente. Son estas láminas las que dan brillo a la pátina.

En su estudio, Julia Guidetti de la Universidad de Tufts laboratorio de seda y Roberta Zanini y Giulia Franceschin en el Centro de Tecnología del Patrimonio Cultural (CCHT) del Instituto Italiano de Tecnología optó por analizar un fragmento de vidrio romano recuperado cerca de la antigua ciudad de Aquileia, que se encuentra a unos 100 km al noreste de Venecia. Gracias a los análisis químicos obtenidos mediante espectroscopía de masas por ablación láser, confirmaron que el vidrio estaba hecho de sílice-sosa-cal (típico del vidrio producido en el imperio romano) y dataron la muestra entre el siglo I a.C. y el siglo I d.C. . Luego utilizaron microscopía óptica y electrónica para caracterizar la composición de la pátina de un milímetro de espesor y descubrieron que brilla intensamente y refleja la luz en una amplia gama de longitudes de onda.

Pilas Bragg de alta reflectividad

Los investigadores dicen que estas propiedades provienen de pilas de dominios nanoestructurados altamente ordenados en la pátina que se comportan individualmente como pilas de Bragg de alta reflectividad. El comportamiento colectivo de estos dominios implica que el material originalmente amorfo se ha transformado en cristales fotónicos bien organizados mediante procesos de corrosión a largo plazo y el autoensamblaje de las nanopartículas de sílice en el vidrio. De hecho, aparte de la pátina, la mayor parte del vidrio permanece en su forma original y es de color verde oscuro.

"Es notable que una nanoestructura tan sofisticada, algo que los investigadores e ingenieros fotónicos dedican mucho tiempo y esfuerzo a fabricar en salas limpias, se haya formado al permanecer enterrada en el suelo durante miles de años", dice Fiorenzo Omenetto, ingeniero biomecánico y jefe de laboratorio de seda. "Desde el punto de vista científico, este proceso de corrosión puede ser una inspiración para un enfoque diferente en el cultivo de 'colores estructurales' y espejos, siempre y cuando, por supuesto, se acelere significativamente la transformación del vidrio".

¿Vivimos en la Era del Vidrio?

Pero sobre todo destaca “la alegría de hacer un descubrimiento tan inesperado. Esta muestra literalmente brillaba en un estante y atrajo nuestra atención cuando pasábamos”.

Los investigadores, que informan sobre su trabajo en PNAS, ahora están trabajando en la identificación de otros artefactos de vidrio antiguos con características similares. "Si bien las pátinas iridiscentes en vidrio antiguo son relativamente comunes, este fragmento en particular, caracterizado como un cristal fotónico, presenta un caso único", dijo el director del CCHT. Ariadna Traviglia decirles Mundo de la física. "Nuestro objetivo es estudiar más a fondo este fenómeno y comprender las condiciones ambientales que facilitan su aparición".

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• Fuente: https://physicsworld.com/a/photonic-crystals-formed-over-time-in-ancient-roman-glass/