Исследователи создали ультратонкие, меняющие цвет покрытия с разницей в толщине всего в несколько атомов

В принадлежащем Гарвардскому университету (США) общежитии Pierce Hall можно увидеть покрытый германием золотой лист, сияющий ярким темно-красным цветом.

На сантиметр правее, где то же металлическое покрытие толще всего на 20 атомов, поверхность темно-синяя, почти черная. Вместе цвета образуют логотип Гарвардской школы инженерии и прикладных наук (SEAS), представители которой продемонстрировали новый способ модификации металлических поверхностей с помощью оптического явления, которому обычно уделяют недостаточно внимания.

Веками считалось, что эффекты тонкопленочной интерференции (как те, что заставляют попавший на дорогу бензин переливаться радугой цветов) не могут возникать в непрозрачных материалах. Теперь же физики из Гарварда установили, что даже пленки «с потерями», обладающие атомарной толщиной, можно настроить на отражение определенного диапазона ярких и живых цветов. Это открытие получило освещение в журнале Nature Materials и создает новые возможности в деле производства сложных оптических устройств, а также потребительской продукции (например, ювелирных украшений) и новых техник в визуальном искусстве.

Авторами разработки стали исследователи, входящие в группу профессора Федерико Капассо. Совсем недавно они создали ультратонкие плоские линзы и так называемые игловые пучки света, скользящие по поверхностям металлов. Через новую работу Капассо красной нитью проходят манипуляции со светом у границы раздела материалов, разрабатываемых в наномасштабе (эту область исследований называют нанофотоникой). Аспирант Михаил А. Кац вывел эту работу в царство цвета.

Как говорит Капассо, его группа часто занимается повторным изучением явлений, о которых, казалось бы, уже нельзя сказать ничего нового. «Если у вас проницательный взгляд, как у многих моих студентов, вы можете открыть удивительные вещи, которые раньше игнорировались», — говорит ученый. – «В данном случае среди инженеров существовало предубеждение, что при интерференции волны должны «рикошетить» множество раз, а значит, материал должен быть прозрачным. Михаил же показал (и это, по общему признанию, легко рассчитать), что, используя светопоглощающую пленку, например, германиевую, толщина которой намного меньше длины световой волны, можно по-прежнему наблюдать эффекты интерференции».

В результате проделанной работы получилась конструкция из двух элементов (в данном случае использовались золото и германий, но возможны и другие варианты), светящаяся каким угодно цветом. «Вместо того, чтобы миинимизировать оптические потери, мы используем их как неотъемлемую часть конструкции тонкопленочных покрытий», — говорит Кац. – «В нашей разработке отражение и поглощение действуют вместе, давая максимальный эффект».