Fotoniske krystaller dannet over tid i gammelt romersk glass – Physics World

En karakteristisk iriserende patina på et gammelt romersk glassfragment stammer fra en fotonisk krystallstruktur som dannet seg naturlig i materialet over tid, sier forskere i Italia og USA. Den uvanlige krystallen inneholder vekslende lag av silikalag med høy og lav tetthet som ligner reflektorer kjent som Bragg-stabler, og deres tilstedeværelse får fragmentets overflate til å skinne som et gullspeil. I tillegg til å avsløre nanoskalaegenskapene til eldgammelt glass, er oppdagelsen et eksempel på naturlig nanofabrikkert kompleks fotonisk arkitektur – noe som kan inspirere til nye strategier for å produsere forskjellige glasssammensetninger ved kunstig aldring.

Gamle glassgjenstander har ofte iriserende patinaer som dannes gradvis ved korrosjon. Denne naturlige prosessen innebærer at silikapartiklene i glasset gjentatte ganger oppløses og utfelles på nytt. Den endelige sammensetningen og strukturen til patinaen avhenger av to faktorer: reaksjoner mellom de opprinnelige komponentene i glasset og kjemikalier i den vannfylte jorda, og vannets pH. Disse reaksjonene omstrukturerer glasset til nanometer- til mikrontykke lag, eller lameller, som dannes av nanopartikler med regelmessig vekslende pakningstetthet. Det er disse lamellene som gir patinaen sin glans.

I studien deres Giulia Guidetti fra Tufts University Silklab og Roberta Zanini og Giulia Franceschin på Det italienske teknologiske instituttets senter for kulturarvsteknologi (CCHT) valgte å analysere et fragment av romersk glass som ble funnet i nærheten av den gamle byen Aquileia, som ligger omtrent 100 km nordøst for Venezia. Takket være kjemiske analyser oppnådd ved bruk av laserablasjonsmassespektroskopi, bekreftet de at glasset var laget av silika-soda-lime (som er typisk for glass produsert i det romerske riket) og datert prøven til mellom det første århundre f.Kr. og det første århundre e.Kr. . De brukte deretter optisk mikroskopi og elektronmikroskopi for å karakterisere sammensetningen av den millimetertykke patinaen og fant ut at den skinner sterkt og reflekterer lys over et bredt spekter av bølgelengder.

Bragg-stabler med høy reflektivitet

Forskerne sier at disse egenskapene kommer fra stabler av høyt ordnede nanostrukturerte domener i patinaen som individuelt oppfører seg som Bragg-stabler med høy reflektivitet. Den kollektive oppførselen til disse domenene innebærer at det opprinnelig amorfe materialet har forvandlet seg til velorganiserte fotoniske krystaller gjennom langsiktige korrosjonsprosesser og selvmontering av silikananopartiklene i glasset. Faktisk, bortsett fra patinaen, forblir hoveddelen av glasset i sin opprinnelige form og er mørkegrønn i fargen.

"Det er bemerkelsesverdig at en så sofistikert nanostruktur, noe fotonikkforskere og ingeniører bruker mye tid og krefter på å produsere i rene rom, har dannet seg ved å være begravd i jord i tusenvis av år," sier Fiorenzo Omenetto, en biomekanisk ingeniør og leder for Silklab. "Vitenskapelig sett kan denne korrosjonsprosessen være en inspirasjon for en annen tilnærming til å dyrke 'strukturelle farger' og speil, forutsatt at glasstransformasjonen ble betydelig akselerert, selvfølgelig."

Lever vi i glasstiden?

Men fremfor alt fremhever han «gleden ved å gjøre en slik uventet oppdagelse. Denne prøven var bokstavelig talt glitrende på en hylle, og vakte oppmerksomhet da vi gikk forbi.»

Forskerne, som rapporterer om sitt arbeid i PNAS, jobber nå med å identifisere andre eldgamle glassgjenstander med lignende egenskaper. "Selv om iriserende patinaer på gammelt glass er relativt vanlige, presenterer dette spesielle fragmentet, karakterisert som en fotonisk krystall, et unikt tilfelle," CCHT-direktør Arianna Traviglia forteller Fysikkens verden. "Vårt mål er å studere dette fenomenet videre og forstå miljøforholdene som gjør det lettere å oppstå."

• SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrk deg selv. Tilgang her.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
• PlatoESG. Karbon, CleanTech, Energi, Miljø, Solenergi, Avfallshåndtering. Tilgang her.
• PlatoHelse. Bioteknologisk og klinisk etterretning. Tilgang her.
• kilde: https://physicsworld.com/a/photonic-crystals-formed-over-time-in-ancient-roman-glass/