"Вау-скло" Стародавнього Риму. Як 2000-річний матеріал став нанофотонним дивом (фото)

Дві тисячі років тому делікатні скляні посудини, в яких у Стародавньому Римі, можливо, колись зберігали вино, воду та екзотичні аромати розбилися на друзки та змішалися із шарами ґрунту. Протягом століть ці уламки скла зазнавали змін у навколишньому середовищі, включаючи ерозію, корозію, коливання вологості та температури, а також вплив різних мінералів. Сьогодні вони демонструють приголомшливий спектр кольорів — від блакитного до яскравих відтінків оранжевого, пише Ancient Origins.

У Фокус.Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Каталізатором новаторського наукового дослідження став випадок, коли Фіоренцо Оменетто, матеріалознавець з Університету Тафтса і співавтор новаторського дослідження, натрапив на певний уламок під час візиту до Центру технологій культурної спадщини Італійського технологічного інституту. Цей дивовижний фрагмент, що отримав назву "вау-скло", знайшли поблизу стародавнього міста Аквілея, Італія.

Протягом тисячоліть молекули скла зазнали дивовижної трансформації, беручи участь у складному процесі перегрупування та взаємодії з мінералами. Ця складна еволюція призвела до створення того, що наука називає фотонними кристалами — точно впорядкованих атомних структур з унікальною здатністю маніпулювати та відбивати світло у дуже специфічний спосіб.

Ці вишукані залишки скла знайшли друге життя як компоненти ювелірних прикрас, а їхні неушкоджені аналоги часто прикрашають експозиції відомих музеїв.

У сфері нанотехнологій природа часто займає центральне місце. Застосування фотонних кристалів у сучасних технологіях слугує основою для хвилеводів, оптичних перемикачів та інших передових пристроїв, які полегшують високошвидкісний оптичний зв'язок у комп'ютерах та на безкрайніх просторах інтернету.

"Вау-скло" спонукало дослідників зрозуміти неймовірну реальність, що розгорталася перед їхніми очима: природа організувала нановиробництво фотонних кристалів. Як висловився Фіоренцо Оменетто: "Це справді дивовижно, що скло, яке два тисячоліття пролежало в багнюці, змогло дати щось, що слугує зразком нанофотонної структури".

Завдяки своїй здатності вибірково блокувати певні довжини хвиль світла, пропускаючи інші, фотонні кристали відіграють ключову роль у розробці фільтрів, лазерів, дзеркал і навіть антивідбивальних (stealth) пристроїв.

Автори цього дослідження заглибилися в складні атомні та мінеральні структури, що виникли з початкових силікатних і мінеральних компонентів скла. Виявилося, що ця трансформація відбувалася під впливом таких факторів, як рівень рН навколишнього середовища та коливання рівня ґрунтових вод.

"Це схоже на процес корозії та реконструкції, — зазначили дослідники. — Взаємодія між навколишньою землею і дощем зумовила дифузію мінералів і циклічну корозію кремнезему в склі. Одночасно з цим відбувалося формування шарів товщиною 100 нанометрів, що складалися з кремнезему та мінералів".

У пошуках розгадки таємниць, що зберігаються у фрагменті римського скла, команда Італійського технологічного інституту провела хімічний аналіз. Цей аналіз датував уламок скла періодом між 100 роком до н. е. і 100 роком н. е., причому докази вказували на його походження з пісків Єгипту — свідчення глобальних торговельних мереж тієї епохи.

Більша частина уламка зберегла свій оригінальний темно-зелений відтінок, але патина товщиною в міліметр, що прикрашає його поверхню, демонструє майже бездоганне дзеркальне золоте віддзеркалення.

Результат цього аналізу виявив дивовижно впорядковане розташування сотень кристалічних шарів. Науковці використали найсучасніший сканувальний електронний мікроскоп не лише для того, щоб розкрити складну структуру матеріалу, але й для проведення елементного аналізу. Це інструмент, який може надати інформацію з високою роздільною здатністю про склад матеріалу і розташування його елементів.

Їхнє дослідження показало, що патина має ієрархічну структуру, яка складається з шарів кремнезему, що регулярно чергуються, кожен з яких має мікрометричну товщину і різну щільність — нагадуючи оптичні рефлектори.

"Хоча вік скла може бути частиною його чарівності, в цьому випадку, якби ми могли значно прискорити процес в лабораторії, то могли б знайти спосіб вирощувати оптичні матеріали, а не виготовляти їх", — пояснив Оменетто.

Скло дає можливість зрозуміти екологічну історію ґрунту, що постійно змінюється внаслідок еволюції міста. Це допоможе в майбутньому зрозуміти природну історію багатьох місць, де знайдуть такі уламки.

Раніше Фокус писав, чому таємничі сумочки, які нагадують сучасні, часто зустрічаються в античних різьбленнях.

А також ми розповідали про могилу середньовічного воїна, яку знайшли в Німеччині. Археологи розкопали могилу франкського воїна, похованого разом зі зброєю та щитом понад тринадцять століть тому.