Tìm được cách chiết xuất màu sắc từ màu đen

Các nhà khoa học đã phát triển một cách chiết xuất một bảng màu sắc phong phú từ phổ có sẵn bằng việc khai thác những mẫu hình rối loạn được tự nhiên truyền cảm hứng như màu đen.

Một hệ rối loạn với sự chuyển pha từ sự hấp thụ băng thông rộng thành phản xạ/chuyển pha băng thông giới hạn dựa trên lyd thuyết  lý thuyết ghép các mode cộng hưởng trong miền thời gian (CTM). Nguồn: Nature Communications (2020). DOI: 10.1038/s41467-020-15349-y

Các màu sắc mà chúng ta thấy trong tự nhiên thường từ các mẫu hình ở cấp độ nano phản xạ ánh sáng theo nhiều cách riêng biệt. Ví dụ một cánh bướm có thể xuất hiện màu xanh lam bởi những nếp gấp bé nhỏ trên bề mặt cánh bướm là nguyên nhân khiến chỉ phản xạ duy nhất ánh sáng xanh.

Khi các bề mặt xuất hiện màu trắng hoặc đen, dẫu vậy, điều đó thường xảy ra bởi các cấu trúc ở cấp độ nano đã hoàn toàn rối loạn, làm cho tất cả ánh sáng được nó hấp thụ hoặc phản xạ.

Một nhóm nghiên cứu do các nhà nghiên cứu trường đại học Birmingham dẫn dắt đã tìm thấy một cách để kiểm soát con đường ánh sáng xuyên qua những bề mặt rối oạn đó để tạo ra những màu sắc sống động.

Nhóm nghiên cứu này, bao gồm các đồng nghiệp trường đại học Ludwig Maximilian ở Munich, Đức, và trường đại học Nam Kinh, Trung Quốc, đã so sánh phương pháp này với các kỹ thuật đã được các nghệ sĩ khai thác trong nhiều thế kỷ qua. Giữa những ví dụ nổi tiếng nhất là chiếc cốc Lycurgus La Mã ở thế kỷ thứ 4, được làm từ thủy tinh có màu xanh lá cây khi ánh sáng chiếu vào từ trước ra sau nhưng lại mang màu đỏ khi ánh sáng chiếu xuyên từ phía sau.

Với một phương thức tiên tiến, nhóm nghiên cứu đã tiến hành một cách kiểm soát hiệu ứng này để tái tạo màu sắc chính xác một cách lạ thường.

Những sắc màu khác nhau trong hình ảnh được tái hiện trong độ dày khác nhau của một vật liệu trong suốt – ví dụ như thủy tinh – lên một tấm in thạch bản. Ở phía trên, các nhà nghiên cứu đã để lắng lớp rối loạn – trong trường hợp này là các nhóm ngẫu nhiên của các hạt nano vàng. Cuối cùng, bên dưới lớp này, nhóm nghiên cứu đã đặt một bề mặt phản chiếu để hình thành một khoang trong suốt. Khoang đó có thể “bẫy” các hạt ánh sáng là photon vào bên trong. Các photon cư xử như các sóng bên trong khoang này, cộng hưởng tại các tần số khác nhau ở dưới lớp bề mặt tấm thạch bản và phát ra các màu sắc kháu nhau theo độ dài từng bước sóng.

Bằng việc sử dụng kỹ thuật này, nhóm nghiên cứu đã có thể tái tạo một bức tranh thủy mặc Trung Quốc với độ tinh tế tuyệt vời về màu sắc.

Người dẫn dắt nghiên cứu, giáo sư Shuang Zhang, đã giải thích: “Các cách khác nhau trong đó tự nhiên có thể tạo ra màu sắc hết sức cuốn hút. Nếu chúng ta có thể khai thác chúng một cách hiệu quả, chúng ta có thể mở ra một kho báu, nhiều màu sắc sống động hơn màu sắc mà chúng ta đã nhìn thấy”.

Đồng tác giả nghiên cứu, tiến sĩ Changxu Liu cho biết thêm: “Trong vật lý, chúng ta thường nghĩ rằng sự ngẫu nhiên trong chế tạo nano là không tốt nhưng ở đây, chúng ta thấy rằng sự ngẫu nhiên có thể dẫn dắt để đạt tới sự vượt trội so với một cấu trúc ổn định trong nhiều ứng dụng cụ thể. Tương tự, sự hội tụ ánh sáng bên trong các cấu trúc ngẫu nhiên mà chúng ta tạo ra hết hiệu quả – chúng ta có thể sử dụng tỏng nhiều lĩnh vực khác nhau của vật lý như một số dạng mới của công nghệ cảm biến”.

Tô Vân dịch

Nguồn: https://phys.org/news/2020-03-scientists-black.html