Una meta-superficie de sub-longitud de onda pintada térmicamente produce una deslumbrante variedad de colores que no cambian con el ángulo de visión. Se hizo crecer una capa de óxido de unos pocos nanómetros de espesor en el borde del metal a altas temperaturas. Esto creó la metasuperficie óptica que absorbe perfectamente ciertas longitudes de onda de luz. Crédito:Giuseppe Strangi, Universidad Case Western Reserve
Los investigadores han descubierto que la antigua técnica de calentar metal para crear colores vibrantes crea una superficie nanoestructurada que actúa como un absorbente de luz perfecto. Los absorbentes de luz perfectos (materiales que absorben más del 99% de un color determinado) se pueden usar para detectar, paneles solares, tecnologías antifalsificación y sigilo.
En el diario Materiales ópticos Express , Investigadores de la Universidad Case Western Reserve en Ohio informan sobre cómo se generan los colores en superficies metálicas calientes y aplican esos hallazgos para crear una película delgada de níquel que absorbe perfectamente la luz roja.
"Descubrimos que un 3, La técnica de metalurgia de miles de años es en realidad uno de los ejemplos más simples de una metasuperficie:superficies artificiales con características de sublongitud de onda que imparten propiedades electromagnéticas únicas. "dijo Giuseppe Strangi, miembro del equipo de investigación de la Universidad Case Western Reserve. "La creación de cambios de color depositando una sola capa de metal abre nuevas posibilidades estéticas en el trabajo de los metales, así como aplicaciones como dispositivos de protección contra señales electromagnéticas que causan ruido e interferencia ".
A diferencia de los colores iridiscentes de las burbujas de agua y las alas de las mariposas, que cambian según el ángulo de visión, las finas películas de óxido producidas por el calentamiento del metal mantienen sus colores en todos los ángulos. Esto podría hacer que el color inducido por el calor sea útil para hacer hologramas para proteger la moneda y los productos metálicos de la falsificación.
Un enfoque simple
Los científicos han demostrado previamente una absorción de luz perfecta utilizando materiales absorbentes ultrafinos en metales o con nanoestructuras de alta ingeniería. Sin embargo, estos materiales requieren al menos dos deposiciones de material utilizando métodos de fabricación de nanolitografía que son costosos, lleva mucho tiempo y es difícil de reproducir.
La absorción de luz perfecta ocurre en la metasuperficie de óxido de níquel (NiO) porque los rayos de luz que emergen de la capa de óxido y el sustrato metálico se unen de tal manera que se anulan entre sí, un fenómeno conocido como interferencia destructiva total. Crédito:Giuseppe Strangi, Universidad Case Western Reserve
"Demostramos que se puede lograr una absorción de luz perfecta usando una simple película delgada con la combinación correcta de óxido y sustrato metálico, ", dijo Strangi." Esta combinación ocurre naturalmente con ciertos metales como el níquel y el titanio que usamos en este estudio ".
Para demostrar su técnica, los investigadores depositaron 150 nanómetros de níquel o titanio sobre silicio y luego calentaron las películas durante 20 a 40 minutos a 400 ° C para formar una capa de óxido. El análisis de las propiedades de absorción de las muestras mostró que las películas de níquel horneadas durante 40 minutos absorbieron aproximadamente el 99,94% de la luz roja. Los investigadores también demostraron que la absorción de luz podría ajustarse a las longitudes de onda visible e infrarroja cercana modificando la duración del calentamiento. que cambia el espesor de la capa de óxido.
Cómo funciona
La absorción de luz perfecta ocurre en el metal calentado porque los rayos de luz que emergen de la capa de óxido y el sustrato metálico se juntan de tal manera que se anulan entre sí, un fenómeno conocido como interferencia destructiva total. Cualquier luz restante se absorbe dentro del sustrato metálico.
"Este método de crear una absorción perfecta es muy práctico debido a su simplicidad y reproducibilidad, ", dijo Strangi." La capa de óxido hace que la superficie sea resistente a los arañazos y la protege de una mayor oxidación ".
Los investigadores planean realizar experimentos adicionales para determinar si se pueden formar patrones de alta resolución mediante el crecimiento de capas de óxido metálico. También están trabajando para desarrollar sensores de gas utilizando los absorbentes de luz perfectos.
