Una metasuperficie a lunghezza d'onda inferiore verniciata termicamente produce una gamma abbagliante di colori che non cambiano con l'angolo di visione. Uno strato di ossido di pochi nanometri di spessore è stato cresciuto sul bordo del metallo ad alte temperature. Questo ha creato la metasuperficie ottica che assorbe perfettamente determinate lunghezze d'onda della luce. Credito: Giuseppe Strangi, Case Western Reserve University
I ricercatori hanno scoperto che l'antica tecnica del riscaldamento del metallo per creare colori vivaci crea una superficie nanostrutturata che funge da perfetto assorbitore di luce. Assorbitori di luce perfetti, materiali che assorbono più del 99% di un determinato colore, possono essere utilizzati per il rilevamento, pannelli solari, tecnologie anticontraffazione e stealth.
Nel diario Materiali ottici Express , i ricercatori della Case Western Reserve University in Ohio riportano le loro intuizioni su come vengono generati i colori su superfici metalliche riscaldate e applicano tali risultati per creare un film sottile di nichel che assorbe perfettamente la luce rossa.
"Abbiamo scoperto che un 3, La tecnica della metallurgia vecchia di 000 anni è in realtà uno degli esempi più semplici di una metasuperficie:superfici artificiali con caratteristiche di lunghezza d'onda inferiori che conferiscono proprietà elettromagnetiche uniche, " disse Giuseppe Strangi, un membro del gruppo di ricerca della Case Western Reserve University. "Creare cambi di colore depositando un singolo strato di metallo apre nuove possibilità estetiche nella lavorazione dei metalli, così come applicazioni come la schermatura di dispositivi da segnali elettromagnetici che causano rumore e interferenze."
A differenza dei colori cangianti delle bolle d'acqua e delle ali delle farfalle, che cambiano a seconda dell'angolo di visione, i sottili film di ossido prodotti dal riscaldamento del metallo mantengono i loro colori a tutti gli angoli. Ciò potrebbe rendere il colore indotto dal calore utile per realizzare ologrammi per proteggere valuta e prodotti in metallo dalla contraffazione.
Un approccio semplice
Gli scienziati hanno precedentemente dimostrato un perfetto assorbimento della luce utilizzando materiali assorbenti ultrasottili su metalli o con nanostrutture altamente ingegnerizzate. Però, questi materiali richiedono almeno due depositi di materiale utilizzando metodi di fabbricazione di nanolitografia che sono costosi, richiede tempo e difficile da riprodurre.
Il perfetto assorbimento della luce si verifica nella metasuperficie di ossido di nichel (NiO) perché i raggi luminosi che emergono dallo strato di ossido e dal substrato metallico si uniscono in modo tale da annullarsi a vicenda, un fenomeno noto come interferenza distruttiva totale. Credito: Giuseppe Strangi, Case Western Reserve University
"Abbiamo dimostrato che un perfetto assorbimento della luce può essere realizzato utilizzando un semplice film sottile con la giusta combinazione di ossido e substrato metallico, " ha detto Strangi. "Questa combinazione si verifica naturalmente con alcuni metalli come il nichel e il titanio che abbiamo usato in questo studio".
Per dimostrare la loro tecnica, i ricercatori hanno depositato 150 nanometri di nichel o titanio su silicio e quindi hanno riscaldato i film per 20-40 minuti a 400 °C per formare uno strato di ossido. L'analisi delle proprietà di assorbimento dei campioni ha mostrato che i film di nichel cotti per 40 minuti hanno assorbito circa il 99,94% di luce rossa. I ricercatori hanno anche dimostrato che l'assorbimento della luce potrebbe essere sintonizzato sulle lunghezze d'onda visibili e nel vicino infrarosso modificando la durata del riscaldamento, che modifica lo spessore dello strato di ossido.
Come funziona
Il perfetto assorbimento della luce avviene nel metallo riscaldato perché i raggi luminosi che emergono dallo strato di ossido e dal substrato metallico si uniscono in modo tale da annullarsi a vicenda, fenomeno noto come interferenza distruttiva totale. L'eventuale luce residua viene assorbita all'interno del substrato metallico.
"Questo metodo per creare un assorbimento perfetto è molto pratico grazie alla sua semplicità e riproducibilità, " ha detto Strangi. "Lo strato di ossido rende la superficie resistente ai graffi e la protegge da ulteriori ossidazioni".
I ricercatori hanno in programma di eseguire ulteriori esperimenti per determinare se i modelli ad alta risoluzione possono essere formati dalla crescita di strati di ossido di metallo. Stanno anche lavorando per sviluppare sensori di gas utilizzando i perfetti assorbitori di luce.
