고대 로마 유리에서 시간이 지남에 따라 형성된 광결정 – 물리학 세계

고대 로마 유리 조각에 있는 독특한 무지개 빛깔의 녹청은 시간이 지남에 따라 물질 내에서 자연적으로 형성된 광결정 구조에서 비롯된 것이라고 이탈리아와 미국의 연구자들이 말했습니다. 특이한 결정은 브래그 스택(Bragg stack)으로 알려진 반사판과 유사한 고밀도 및 저밀도 실리카 층이 교대로 포함되어 있으며, 그 존재로 인해 조각의 표면이 금 거울처럼 빛납니다. 이번 발견은 고대 유리의 나노크기 특성을 밝힐 뿐만 아니라 자연적으로 나노제작된 복잡한 광자 구조의 예입니다. 이는 인위적으로 노화시켜 다양한 유리 구성을 생산하는 새로운 전략에 영감을 줄 수 있습니다.

고대 유리 공예품에는 부식으로 인해 점진적으로 형성되는 무지개 빛깔의 녹청이 있는 경우가 많습니다. 이 자연적인 과정에는 유리의 실리카 입자가 반복적으로 용해되고 재석출되는 과정이 포함됩니다. 파티나의 최종 구성과 구조는 두 가지 요소, 즉 유리의 원래 구성 요소와 물이 함유된 토양의 화학 물질 사이의 반응, 그리고 물의 pH에 ​​따라 달라집니다. 이러한 반응은 유리를 나노미터에서 마이크론 두께의 층, 즉 라멜라로 재구성하는데, 이는 규칙적으로 교대하는 충전 밀도를 갖는 나노입자로 형성됩니다. 푸른 녹에 빛을 발하는 것은 바로 이 라멜라입니다.

그들의 연구에서, 줄리아 구이데티 터프츠 대학교의 실크랩 및 로베르타 자니니 및 줄리아 프란체신 에 이탈리아 공과대학 문화유산기술센터(CCHT) 베니스에서 북동쪽으로 약 100km 떨어진 고대 도시 아퀼레이아 근처에서 발견된 로마 유리 조각을 분석하기로 결정했습니다. 레이저 제거 질량 분광법을 사용하여 얻은 화학 분석 덕분에 그들은 유리가 실리카-소다-석회(로마 제국에서 생산된 유리의 전형적인 형태)로 만들어졌음을 확인했으며 샘플의 연대를 기원전 XNUMX세기에서 서기 XNUMX세기 사이로 추정했습니다. . 그런 다음 그들은 광학 및 전자 현미경을 사용하여 밀리미터 두께의 녹청 구성을 특성화했으며 그것이 밝게 빛나고 광범위한 파장에 걸쳐 빛을 반사한다는 것을 발견했습니다.

고반사율 브래그 스택

연구원들은 이러한 특성이 고반사율 브래그 스택처럼 개별적으로 거동하는 녹청의 고도로 정렬된 나노구조 도메인 스택에서 비롯된다고 말합니다. 이러한 영역의 집단적 행동은 원래 비정질 물질이 장기간의 부식 과정과 유리 내 실리카 나노입자의 자가 조립을 통해 잘 조직된 광결정으로 변형되었음을 의미합니다. 실제로 녹청을 제외하고 유리의 대부분은 원래 형태를 유지하며 색상은 짙은 녹색입니다.

“포토닉스 연구자들과 엔지니어들이 클린룸에서 많은 시간과 노력을 들여 제조한 정교한 나노구조가 수천년 동안 토양에 묻혀 형성되었다는 것은 놀라운 일입니다.”라고 말합니다. 피 오렌 조 오메 네토, 생체 역학 엔지니어이자 실크랩. "과학적으로 말하면, 이러한 부식 과정은 물론 유리 변형이 상당히 가속화되었다는 전제 하에 '구조적 색상'과 거울을 성장시키는 다른 접근 방식에 영감을 줄 수 있습니다."

우리는 유리의 시대에 살고 있습니까?

하지만 무엇보다도 그는 “예상치 못한 발견을 했을 때의 기쁨”을 강조합니다. 이 샘플은 말 그대로 선반 위에서 반짝반짝 빛나고 있었고, 우리가 지나갈 때마다 우리의 관심을 끌었습니다.”

에 그들의 작업을 보고하는 연구원들은 PNAS, 현재 유사한 특성을 가진 다른 고대 유리 공예품을 식별하기 위해 노력하고 있습니다. "고대 유리에 무지개 빛깔의 녹청이 상대적으로 흔하지만, 광결정으로 특징지어지는 이 특별한 조각은 독특한 사례를 제시합니다."라고 CCHT 이사는 말합니다. 아리아나 트라빌리아 말하다 물리 세계. "우리의 목표는 이 현상을 더 연구하고 이 현상의 발생을 촉진하는 환경 조건을 이해하는 것입니다."

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