"Вау-стекло" Древнего Рима. Как 2000-летний материал стал нанофотонным чудом (фото)

Две тысячи лет назад деликатные стеклянные сосуды, в которых в Древнем Риме, возможно, когда-то хранили вино, воду и экзотические ароматы разбились на осколки и смешались со слоями почвы. На протяжении веков эти осколки стекла подвергались изменениям в окружающей среде, включая эрозию, коррозию, колебания влажности и температуры, а также влияние различных минералов. Сегодня они демонстрируют потрясающий спектр цветов — от голубого до ярких оттенков оранжевого, пишет Ancient Origins.

У Фокус.Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Катализатором новаторского научного исследования стал случай, когда Фиоренцо Оменетто, материаловед из Университета Тафтса и соавтор работы, наткнулся на определенный обломок во время визита в Центр технологий культурного наследия Итальянского технологического института. Этот удивительный фрагмент, получивший название "вау-стекло", нашли вблизи древнего города Аквилея, Италия.

В течение тысячелетий молекулы стекла претерпели удивительную трансформацию, участвуя в сложном процессе перегруппировки и взаимодействия с минералами. Эта сложная эволюция привела к созданию того, что наука называет фотонными кристаллами — точно упорядоченных атомных структур с уникальной способностью манипулировать и отражать свет очень специфическим образом.

Эти изысканные остатки стекла обрели вторую жизнь как компоненты ювелирных украшений, а их неповрежденные аналоги часто украшают экспозиции известных музеев.

В сфере нанотехнологий природа часто занимает центральное место. Применение фотонных кристаллов в современных технологиях служит основой для волноводов, оптических переключателей и других передовых устройств, которые облегчают высокоскоростную оптическую связь в компьютерах и на бескрайних просторах интернета.

"Вау-стекло" побудило исследователей понять невероятную реальность, разворачивавшуюся перед их глазами: природа организовала нанопроизводство фотонных кристаллов. Как выразился Фиоренцо Оменетто: "Это действительно удивительно, что стекло, которое два тысячелетия пролежало в грязи, смогло дать что-то, что служит образцом нанофотонной структуры".

Благодаря своей способности избирательно блокировать определенные длины волн света, пропуская другие, фотонные кристаллы играют ключевую роль в разработке фильтров, лазеров, зеркал и даже антиотражающих (stealth) устройств.

Авторы этого исследования углубились в сложные атомные и минеральные структуры, возникшие из первоначальных силикатных и минеральных компонентов стекла. Оказалось, что эта трансформация происходила под влиянием таких факторов, как уровень рН окружающей среды и колебания уровня грунтовых вод.

"Это похоже на процесс коррозии и реконструкции, — отметили исследователи, — Взаимодействие между окружающей землей и дождем обусловило диффузию минералов и циклическую коррозию кремнезема в стекле. Одновременно с этим происходило формирование слоев толщиной 100 нанометров, состоящих из кремнезема и минералов".

В поисках разгадки тайн, хранящихся во фрагменте римского стекла, команда Итальянского технологического института провела химический анализ. Этот анализ датировал обломок стекла периодом между 100 годом до н. э. и 100 годом н. э., причем доказательства указывали на его происхождение из песков Египта — свидетельство глобальных торговых сетей той эпохи.

Большая часть обломка сохранила свой оригинальный темно-зеленый оттенок, но патина толщиной в миллиметр, украшающая его поверхность, демонстрирует почти безупречное зеркальное золотое отражение.

Результат этого анализа выявил удивительно упорядоченное расположение сотен кристаллических слоев. Ученые использовали самый современный сканирующий электронный микроскоп не только для того, чтобы раскрыть сложную структуру материала, но и для проведения элементного анализа. Это инструмент, который может предоставить информацию с высоким разрешением о составе материала и расположении его элементов.

Их исследование показало, что патина имеет иерархическую структуру, состоящую из регулярно чередующихся слоев кремнезема, каждый из которых имеет микрометрическую толщину и разную плотность — напоминая оптические рефлекторы.

"Хотя возраст стекла может быть частью его очарования, в этом случае, если бы мы могли значительно ускорить процесс в лаборатории, то могли бы найти способ выращивать оптические материалы, а не изготавливать их", — пояснил Оменетто.

Стекло дает возможность понять экологическую историю почвы, которая постоянно меняется в результате эволюции города. Это поможет в будущем понять природную историю многих мест, где найдут такие обломки.

Ранее Фокус писал, почему таинственные сумочки, которые напоминают современные, часто встречаются в античных фресках.

А также мы рассказывали о могиле средневекового воина, которую нашли в Германии. Археологи раскопали могилу франкского воина, похороненного вместе с оружием и щитом более тринадцати веков назад.