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(Foco Nanowerk) Durante siglos, los científicos se han maravillado ante los brillantes e intrincados colores estructurales de la naturaleza, desde las plumas de pavo real hasta las alas de mariposa. Estos llamativos colores no son creados por pigmentos, sino por la interacción física de la luz con características estructurales a nanoescala. Los científicos llevan mucho tiempo intentando reproducir artificialmente estos colores estructurales para una variedad de aplicaciones, desde la lucha contra la falsificación hasta el almacenamiento de datos de densidad ultra alta.
Sin embargo, los esfuerzos anteriores para desarrollar colores estructurales se han limitado a superficies bidimensionales o han requerido estructuras de cristal fotónico tridimensionales complejas. Ahora, investigadores de la Universidad de Zhejiang en China han desarrollado una nueva e innovadora técnica que hace posible, por primera vez, imprimir matrices de vóxeles 3D a todo color y de alta resolución en una masa de sólidos transparentes.
Un vóxel es una unidad gráfica de información que representa un valor en una cuadrícula tridimensional. El término «vóxel» es un acrónimo de «volumen» y «píxel», donde un píxel es la unidad más pequeña de una imagen 2D. Así como un píxel tiene una posición y un valor específicos en una cuadrícula bidimensional, un vóxel existe en un punto específico en el espacio 3D y contiene datos sobre ese punto. Los vóxeles se utilizan en una variedad de aplicaciones que incluyen gráficos 3D, imágenes médicas y, cada vez más, en almacenamiento de datos y otros avances tecnológicos. Se pueden considerar como el equivalente 3D de los píxeles.
Publicado en Materiales avanzados (“3D Imprinting of Voxel-Level Structural Colors in Lithium Niobate Crystal”), la nueva técnica denominada “Micro-Amorphization Coloration” (MA), se basa en la interacción de ondas de luz ordinarias y extraordinarias dentro de cristales uniaxiales.
Mediante el uso de pulsos de láser de femtosegundos muy enfocados, los investigadores alteran la estructura cristalina local para crear dominios amorfos a microescala. Debido al cambio en el índice de refracción, estos defectos impresos con láser modulan fuertemente la fase relativa de las ondas de luz ordinarias y extraordinarias a medida que atraviesan el material.
Con la óptica de polarización adecuada, esta diferencia de fase permite la reproducción de colores estructurales vivos con resolución submicrónica en cualquier sitio de daño por láser.
Sorprendentemente, los investigadores muestran que un solo pulso de femtosegundo de 30 nanojulios es suficiente para escribir cada vóxel a todo color. Los colores impresos cubren todo el espectro visible y se pueden ajustar dinámicamente en un amplio espacio de color. Capa por capa, se pueden representar intrincados patrones 3D multicolores e incluso imágenes en escala de grises con resoluciones ópticas de más de 25.000 puntos por pulgada.
Los investigadores demostraron varias aplicaciones de seguridad que van desde el cifrado hasta la lucha contra la falsificación. También utilizaron la tecnología para escribir matrices de datos binarios de cinco dimensiones, llevando el almacenamiento de datos ópticos a nuevos reinos multidimensionales.
Los colores estructurales integrados exhiben una excelente estabilidad en condiciones extremas como calor, radiación y magnetismo. Las pruebas de envejecimiento acelerado sugieren que los datos impresos podrían permanecer intactos durante más tiempo que la edad del universo, lo que podría permitir un medio eterno para archivar la base de conocimientos en crecimiento exponencial de la humanidad.
En comparación con enfoques anteriores para el almacenamiento óptico de datos, la técnica de microamorfización ofrece una mejora de órdenes de magnitud en la velocidad de escritura, la densidad de los datos, la precisión de la lectura y la durabilidad física.
Más allá del almacenamiento de datos, la capacidad de formar libremente colores estructurales dinámicos en sólidos transparentes podría abrir nuevas posibilidades en varias áreas. Los investigadores proponen gafas de realidad aumentada que pintan imágenes holográficas interactivas directamente en nuestro campo de visión.
Si fuera necesario, se podrían imprimir metamateriales complicados y dispositivos ópticos cuánticos de adentro hacia afuera. Con un mayor desarrollo, la tinción por microamorfización ofrece una nueva paleta versátil para óptica de información multidimensional.
De
Miguel
Berger
– Michael es autor de tres libros de la Royal Society of Chemistry: Nano-Society: Pushing the Boundaries of Technology, Nanotechnology: The Future is Tiny y Nanoengineering: The Skills and Tools Making Technology Invisible Copyright ©
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