Come creare dei colori con dei buchi

In questo video di Veritasium ci viene mostrato come sia possibile colorare un pezzo di plastica senza aggiungervi nulla sopra. Nessun colorante e nessuna tempera. Si può farlo però facendovi dei buchi. Per capire com’è possibile bisogna tenere in mente che cos’è la luce.

Molti sanno che si tratta di una radiazione elettromagnetica, si tratta quindi di una combinazione di campi elettrici, come quelli che repellono due palloncini strofinati sui capelli, e campi magnetici come quelli che attraggono due magneti. Com’è possibile però prendere questi campi elettrici e magnetici e combinarli in modo che si propaghino alla velocità della luce? La chiave è che questi campi devono continuamente essere un cambiamento, cosa che si ottiene ad esempio facendo oscillare degli elettroni, in modo che creino dei campi elettrici e magnetici in oscillazione che si propagano nello spazio come un’onda.

Quanto grandi sono le onde elettromagnetiche della luce visibile? L’onda elettromagnetica della luce verde è lunga la metà della millesima parte di un millimetro ,0.5 micrometri (um) o 500 nanometri (nm). Si tratta di una dimensione molto piccola, ma non troppo piccola. La natura è infatti riuscita a trovare un modo di approfittare delle dimensioni della lunghezza d’onda della luce visibile. Consideriamo la farfalla blu morpho, Questo bellissimo colore iridescente che vediamo nelle ali di questa farfalla non dipende da un pigmento, ma dalla struttura delle scaglie delle sue ali. Se osservassimo un’ala di questa farfalla al microscopio elettronico potremmo osservare una serie di buchi e lamelle che sono in grado di intrappolare un certo tipo di luce e riflettere il blu. Guardando queste ali direttamente attraverso la luce del sole, senza quindi vedere la luce riflessa dalle ali, non vedremmo più la tipica colorazione blu. Vedremmo invece che queste ali sono pressoché trasparenti.

Alcuni scienziati, Come Clint Landrock, stanno cercando di creare strutture simili da utilizzare come sistemi di sicurezza anti frode. In quest’esempio vediamo un pezzo di plastica trasparente sul quale sono stati applicati piccoli fori profondi 100nm e dallo stesso diametro. Ognuno di questi piccoli stemmi colorati è composto da 500000000 di buchi che permettono alla luce di essere riflessa in modo selettivo.

Quest’effetto è simile al modo nel quale si creano i colori in una bolla di sapone. Studiando più da vicino i colori che si riflettono da queste bolle, osserviamo come non tutto lo spettro di luce visibile si presente, ma soprattutto troviamo il magenta, il ciano ed il giallo. Quello che la pellicola di sapone fa non è che rimuovere alcuni colori dalla luce visibile. Se una sorgente luminosa che comprende tutto lo spettro del visibile colpisce una bolla di sapone, in base al suo spessore diversi colori vengono sottratti dalla luce riflessa. Ad esempio il colore magenta riflesso dalla bolla di sapone è creato perchè lo strato di sapone ha uno spessore di esattamente 250nm, la metà della lunghezza d’onda della luce verde. La luce verde viene così riflessa dai due estremi della pellicola di sapone, le due lunghezze d’onda riflesse sono perfettamente sincrone, ma accostano i picchi dell’una ai minimi, annullandosi a vicenda. Gli altri colori non si annullano, e così vengono riflessi e visti da chi osserva la pellicola di sapone.

Clint spiega infine come il suo lavoro sia di creare strutture che possano essere impiegate facilmente in un processo di fabbricazione, come di rulli o degli stampi che creino questi buchi microscopici. Sebbene strutture così piccole potrebbero sembrare fragili, se create con un rapporto d’aspetto basso (ovvero il rapporto tra l’altezza e la larghezza) queste possono facilmente resistere all’utilizzo nella produzione e magari in un futuro essere utilizzate in banconote come sistemi anti frode.

 

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