No Pierce Hall de Harvard, a superfície de uma pequena folha de ouro revestida de germânio brilha intensamente em vermelho. Um centímetro para a direita, onde o mesmo revestimento metálico é literalmente apenas cerca de 20 átomos mais espesso, a superfície é azul escura, quase preto. As cores formam o logotipo da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas de Harvard (SEAS), onde os pesquisadores demonstraram uma nova maneira de personalizar a cor das superfícies de metal, explorando um fenômeno óptico completamente esquecido.

Por séculos, pensou-se que os efeitos de interferência do filme fino, como aqueles que fazem com que pavimentos oleosos reflitam um arco-íris de cores vibrantes, não poderia ocorrer em materiais opacos. Físicos de Harvard descobriram agora que mesmo filmes finos com muito "perdas", se atomicamente fino, pode ser adaptado para refletir uma gama particular de cores dramáticas e vivas.

Publicado no jornal Materiais da Natureza em 14 de outubro, a descoberta abre novas possibilidades para dispositivos ópticos sofisticados, além de produtos de consumo como joias e novas técnicas nas artes visuais.

A descoberta é a mais recente a surgir do laboratório de Federico Capasso, Robert L. Wallace Professor de Física Aplicada e Vinton Hayes Pesquisador Sênior em Engenharia Elétrica no SEAS, cujo grupo de pesquisa mais recentemente produziu lentes planas ultrafinas e feixes de luz de agulha que roçam a superfície dos metais. O traço comum no trabalho recente de Capasso é a manipulação da luz na interface de materiais que são projetados em nanoescala, um campo conhecido como nanofotônica. O aluno de pós-graduação e principal autor Mikhail A. Kats levou esse tema para o reino das cores.

"No meu grupo, frequentemente reexaminamos fenômenos antigos, onde você acha que tudo já é conhecido, "Capasso diz." Se você tem olhos perspicazes, como muitos dos meus alunos fazem, você pode descobrir coisas interessantes que foram esquecidas. Neste caso específico, havia quase um preconceito entre os engenheiros de que, se você estiver usando interferência, as ondas têm que pular muitas vezes, então é melhor que o material seja transparente. O que Mikhail fez - e é reconhecidamente simples de calcular - é mostrar que, se você usar um filme absorvente de luz como o germânio, muito mais fino do que o comprimento de onda da luz, então você ainda pode ver grandes efeitos de interferência. "

O resultado é uma estrutura feita de apenas dois elementos, ouro e germânio (ou muitos outros pares possíveis), que brilha em qualquer cor que você escolher.

"Estamos todos familiarizados com o fenômeno que você vê quando há uma fina película de gasolina na estrada em um dia chuvoso, e você vê todas essas cores diferentes, "explica Capasso.

Essas cores aparecem porque as cristas e depressões nas ondas de luz interferem umas nas outras à medida que passam pelo óleo para a água abaixo e refletem de volta no ar. Algumas cores (comprimentos de onda) aumentam o brilho (amplitude), enquanto outras cores são perdidas.

Esse é essencialmente o mesmo efeito que Capasso e Kats estão explorando, com os co-autores Romain Blanchard e Patrice Genevet. O revestimento absorvente de germânio aprisiona certas cores de luz enquanto inverte a fase de outras para que as cristas e vales das ondas se alinhem estreitamente e reflitam um puro, cor vívida.

"Em vez de tentar minimizar as perdas ópticas, nós os usamos como parte integrante do projeto de revestimentos de película fina, "observa Kats." Em nosso design, reflexão e absorção cooperam para dar o efeito máximo. "

Mais surpreendentemente, no entanto, uma diferença de espessura de apenas alguns átomos no revestimento é suficiente para produzir as mudanças dramáticas de cor. O filme de germânio é aplicado por meio de técnicas de fabricação padrão - litografia e deposição física de vapor, que os pesquisadores comparam a estêncil e pintura em spray - portanto, com apenas uma quantidade mínima de material (uma espessura entre 5 e 20 nanômetros), desenhos coloridos elaborados podem ser facilmente padronizados em qualquer superfície, grande ou pequeno.

"Apenas mudando a espessura desse filme em cerca de 15 átomos, você pode mudar a cor, "disse Capasso." É notável. "

Os pesquisadores já realizaram o mesmo tratamento na prata, fazendo com que pareça ouro, bem como uma gama de cores pastel.

O Escritório de Desenvolvimento de Tecnologia de Harvard entrou com um pedido de patente e está trabalhando com o laboratório de Capasso para buscar a comercialização desta nova tecnologia, seja por meio de uma empresa start-up ou por meio de licenciamento a empresas existentes. As áreas de aplicação que estão sendo exploradas incluem produtos de consumo e dispositivos ópticos, como filtros, monitores, fotovoltaica, detectores, e moduladores.