科學家們已經開發出一種方法，通過利用受自然啟發的無序圖案(通常被視為黑色)，從可用的光譜中，提取更豐富的色彩，其研究發現發表在《自然通訊》期刊上。我們在自然界中看到的顏色，通常來自納米尺度的圖案，它們以特定的方式反射光線。例如，蝴蝶的翅膀可能看起來是藍色的，因為翅膀表面的微小凹槽只會反射藍色光。
然而，當表面呈現黑色或白色時，通常是因為納米級的結構完全無序，導致所有的光要麼被吸收，要麼被反射。由伯明翰大學領導的一組研究人員，現在已經找到了一種方法來控制光線穿過這些無序表面的方式，以產生鮮豔的顏色。該團隊包括德國慕尼黑路德維希·馬克西米連大學和中國南京大學的同事，將這種方法與藝術家們幾個世紀以來一直在利用的技術進行了比較。
其中最著名的例子是：四世紀羅馬Lycurgus杯子，它是由玻璃製成，當光線從前面照射到它時，它看起來是綠色的。但當光線從後面照射進來時，它看起來是紅色的。現在研究小組展示了一種精細控制這種效果的方法，以產生非常精確的顏色再現。圖像中的不同顏色，用不同厚度的透明材料(如玻璃)在平版印刷版上表示。
最重要的是：研究人員沉積了無序的層，在這種情況下，是由隨機金納米顆粒簇組成。最後，在這一層下面，研究小組放置了一個反射鏡，以形成一個透明的空腔，該空腔能夠將光或光子的粒子捕獲到內部。光子在腔內的行為就像波，在光刻表面下以不同的頻率共振，並根據每個波長度釋放不同的顏色。通過使用這種技術，該團隊能夠以精緻的色彩精度再現一幅中國水彩畫。
大自然產生顏色的不同方式真的很吸引人，如果能有效地利用它們，就可以打開一個比我們迄今看到的更豐富、更鮮豔的顏色寶庫，在物理學中，我們習慣於認為納米制造中的隨機性不好。但研究人員展示了在某些具體應用中，隨機性可以導致優於有序結構。此外，產生隨機結構中的光強真的很強，可以將這一點用於其他物理領域，如新型傳感技術。
圖示（下同）：基於耦合模理論從寬帶吸收過渡到帶限反射/透射的無序系統。
無序的生物結構在自然界中無處不在，由於其寬帶光學響應和對微擾的魯棒性，通常會產生白色或黑色。通過明智的設計，無序的納米結構已經在人工系統中實現，具有獨特的光局域化、光子傳輸和能量收集特性。另一方面，具有寬帶響應的無序系統可調性幾乎沒有被探索過。
研究實現了對無序等離子體系統的可控操縱，通過對耦合到外腔的確定性控制，實現了從寬帶吸收到可調反射的轉變。從一個推廣模型出發，認識到由等離子體納米團簇組成的無序系統，它們要麼作為寬帶吸收體工作，要麼在可見光範圍內具有可重新配置的反射帶。研究無序等離子體系統不僅對進一步理解無序物理具有重要意義，而且為各種實際應用提供了一個新平臺，如結構顏色圖案化。
博科園｜研究/來自：伯明翰大學
參考期刊《自然通訊》
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