W miarę upływu czasu cząsteczki w szkle wytworzonym w starożytnym Rzymie zmieniły układ i ponownie połączyły się z minerałami. W ten sposób powstały tak zwane kryształy fotoniczne – uporządkowane układy atomów, które filtrują i odbijają światło w specyficzny sposób.
W starożytnym Rzymie powszechnie stosowano naczynia szklane do przechowywania wina, wody czy kosmetyków. Gdy się rozbiły, leżąc w ziemi pokrywały się warstwą pyłu i gleby, działały na nie zmienne temperatury, wilgoć i substancje mineralne.
Obecnie te drobne kawałki szkła znajduje się na placach budowy i stanowiskach archeologicznych. Na ich powierzchni widać całą mozaikę opalizujących kolorów – niebieskiego, zielonego i pomarańczowego. Mniejsze kawałki służą za wisiorki, większe trafiają do muzeów.
Zainteresowali się nimi inżynierowie w zakresie materiałoznawstwa Fiorenzo Omenetto i Giulia Guidetti z Tufts University w USA. Zaobserwowali, że cząsteczki szkła przegrupowały się i ponownie połączyły z minerałami, tworząc tzw. kryształy fotoniczne – uporządkowane układy atomów, które filtrują i odbijają światło w bardzo szczególny sposób.
Kryształy fotoniczne mają wiele zastosowań w technologii, m.in. do bardzo szybkiej komunikacji w komputerach i przez Internet. Można je zaprojektować, by blokowały pewne długości fal świetlnych, a przepuszczały inne, dlatego stosuje się je np. laserach.
Projekt rozpoczął się przypadkowo podczas wizyty we włoskim Centrum Kulturowego Dziedzictwa Technologicznego. - Naszą uwagę przyciągnął piękny, błyszczący kawałek szkła na półce – opisuje Omenetto. Był to fragment rzymskiego szkła z antycznej Akwilei.
Naukowcy szybko zdali sobie sprawę, że mają do czynienia z naturalnie powstałymi nanokryształami o szczególnych własnościach przepuszczania światła. Szkło było datowane na okres od I w. p.n.e. do I w. n.e., a pochodziło z Egiptu, co wskazuje na istnienie międzynarodowej wymiany handlowej.
Na jego powierzchni znajdowała się patyna o grubości zaledwie milimetra, o niemal idealnym lustrzanym złotym odbiciu. Analiza mikroskopowa wykazała, że w naturalny sposób powstały na powierzchni tzw. zwierciadła Bragga, posiadające zdolność do selektywnego odbijania światła o różnych długościach fali, a stosowane np. w laserach.
Naukowcy tłumaczą, że przez stulecia działał proces korozji i rekonstrukcji, w wyniku którego na szkło nakładały się nanometrowej grubości warstewki minerałów, a krzemionka w szkle korodowała. Rezultatem jest niezwykle uporządkowany układ setek warstewek materiału krystalicznego.
Wyniki i opis badań ukazał się na łamach pisma „Proceedings of the National Academy of Sciences” (DOI: 10.1073/pnas.2311583120).
Źródło: www.naukawpolsce.pl, fot. Giulia Guidetti
