31.03.2020 - University of Birmingham

Wissenschaftler finden einen Weg, Farbe aus Schwarz zu extrahieren

Wissenschaftler haben eine Möglichkeit entwickelt, eine reichere Farbpalette aus dem verfügbaren Spektrum zu extrahieren, indem sie ungeordnete, von der Natur inspirierte Muster nutzen, die normalerweise als schwarz angesehen würden.

Farben, die wir in der Natur sehen, stammen oft von nanoskaligen Mustern, die das Licht auf bestimmte Weise zurückwerfen. Der Flügel eines Schmetterlings zum Beispiel könnte blau erscheinen, weil winzige Rillen in der Oberfläche des Flügels nur blaues Licht reflektieren.

Wenn Oberflächen jedoch schwarz oder weiß erscheinen, liegt das oft daran, dass die nanoskaligen Strukturen völlig ungeordnet sind und das gesamte Licht entweder absorbiert oder reflektiert wird.

Ein Forscherteam unter der Leitung der Universität Birmingham hat nun einen Weg gefunden, die Art und Weise zu kontrollieren, wie das Licht durch diese ungeordneten Oberflächen hindurchgeht, um lebendige Farben zu erzeugen.

Das Team, zu dem auch Kollegen der Ludwig-Maximilians-Universität München und der Universität Nanjing in China gehören, hat die Methode mit Techniken verglichen, die sich Künstler seit Jahrhunderten zunutze machen. Zu den berühmtesten Beispielen dafür gehört der römische Lycurgusbecher aus dem vierten Jahrhundert, der aus Glas hergestellt ist, das grün erscheint, wenn es von vorne beleuchtet wird, aber rot, wenn es von hinten durchleuchtet wird.

In einem modernen Fortschritt zeigte das Forschungsteam eine Möglichkeit, diesen Effekt fein zu kontrollieren, um eine außerordentlich präzise Farbwiedergabe zu erzielen.

Die verschiedenen Farben im Bild werden auf einer lithografischen Platte in unterschiedlicher Dicke eines transparenten Materials - wie Glas - dargestellt. Darauf haben die Forscher die ungeordnete Schicht - in diesem Fall aus zufälligen Clustern von Goldnanopartikeln - aufgebracht. Unter dieser Schicht platzierte das Team schliesslich einen Spiegel, um einen transparenten Hohlraum zu bilden. Der Hohlraum ist in der Lage, Lichtteilchen oder Photonen einzufangen. Die Photonen verhalten sich im Inneren des Hohlraums wie Wellen, die mit unterschiedlichen Frequenzen unter der lithografischen Oberfläche schwingen und je nach Länge der einzelnen Wellen unterschiedliche Farben freisetzen.

Mit Hilfe dieser Technik konnte das Team ein chinesisches Aquarellbild mit exquisiter Farbgenauigkeit reproduzieren.

Der leitende Forscher, Professor Shuang Zhang, erklärt dies: "Die verschiedenen Arten, auf die die Natur Farbe erzeugen kann, sind wirklich faszinierend. Wenn wir sie effektiv nutzen können, können wir einen Schatz an satteren, lebendigeren Farben erschließen, als wir bisher gesehen haben.

Co-Autor Dr. Changxu Liu fügt hinzu: "In der Physik sind wir daran gewöhnt zu denken, dass Zufälligkeit bei der Nanofabrikation schlecht ist, aber hier zeigen wir, dass Zufälligkeit in einigen spezifischen Anwendungen dazu führen kann, einer geordneten Struktur überlegen zu sein. Außerdem ist die Lichtintensität innerhalb der von uns produzierten Zufallsstrukturen wirklich stark - das können wir in anderen Bereichen der Physik nutzen, zum Beispiel in neuartigen Sensortechnologien.

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