Esta pequeña reproducción de Chica con un pendiente de perla está «pintada» con luz

<img src="https://www.onlyshop.today/wp-content/uploads/2020/09/Esta-pequena-reproduccion-de-Chica-con-un-pendiente-de-perla.jpg" alt="An illustration of how millions of nanopillars were used to control both the color and intensity of incident light, projecting a faithful reproduction of Johannes Vermeer's Chica con un pendiente de perlas. «/>
Agrandar / Una ilustración de cómo se utilizaron millones de nanopilares para controlar tanto el color como la intensidad de la luz incidente, proyectando una fiel reproducción de la de Johannes Vermeer. Chica con un pendiente de perlas.

T. Xu / Universidad de Nanjing

Los científicos han fabricado pequeños «nanopilares«capaces de transmitir colores de luz específicos, a intensidades específicas, que prometen mejorar la comunicación óptica y las medidas contra la falsificación de moneda. Como prueba de concepto, decidieron reproducir digitalmente el famoso cuadro del maestro holandés Johannes Vermeer Chica con un pendiente de perlas—Sólo pintado con luz en lugar de pigmento. Hablaron de su trabajo en un artículo reciente publicado en la revista Optica.

«La calidad de la reproducción, que captura las sutiles gradaciones de color y los detalles de las sombras, es simplemente notable». dijo el coautor Amit Agrawal, investigadora del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología (NIST). «Este trabajo une elegantemente los campos del arte y la nanotecnología».

La naturaleza abunda en ejemplos de color estructural. Los colores brillantes de las alas de las mariposas no provienen de ninguna molécula de pigmento, sino de cómo están estructuradas las alas, por ejemplo. Las escamas de quitina (un polisacárido común a los insectos) están dispuestas como tejas. Esencialmente, forman una rejilla de difracción, excepto que los cristales fotónicos solo producen ciertos colores o longitudes de onda de luz, mientras que una rejilla de difracción producirá todo el espectro, muy parecido a un prisma.

Los científicos han buscado imitar la naturaleza con técnicas de nanofabricación capaces de generar colores estructurales, simplemente ajustando las dimensiones de las nanoestructuras. Sin embargo, el brillo de los colores que generan tales «metasuperficies» es fijo; no permiten ajustar el brillo para lograr la compleja interacción de luces y sombras conocida en el mundo del arte como «claroscuro. «

Los nanopilares son un tipo de nanoestructura con una forma única, que se estrecha desde un pilar inferior hasta una parte superior puntiaguda. Agrúpelos en matrices y son un medio excelente para capturar la luz (hasta el 99 por ciento) con menos material, lo que los convierte en una alternativa prometedora para la fabricación de paneles solares. También se pueden usar para crear superficies antibacterianas, al igual que las pequeñas varillas de forma similar en las alas de una cigarra pueden matar bacterias al romper sus membranas celulares.

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Agrandar / Izquierda: esquema para generar una imagen de nanopintura a todo color. Los recuadros muestran un nanopilar de dióxido de titanio constituyente y una imagen de microscopio electrónico de barrido de los nanopilares fabricados. Derecha: imagen en color experimental de Chica con un pendiente de perlas generado bajo iluminación de luz blanca.

T. Xu / Universidad de Nanjing

Los nanopilares también se pueden utilizar para generar colores estructurales. Por ejemplo, los científicos han iluminado previamente matrices de nanopilares con luz blanca para producir colores específicos (luz roja, azul y verde), simplemente variando los tamaños (anchos) de los nanopilares. Sin embargo, los autores señalan que si bien esas matrices pueden producir colores vibrantes, el brillo (o la intensidad) de los colores generados es fijo y no se puede «ajustar». Los niveles cambiantes de brillo son clave para reproducir el claroscuro de una imagen. «Al ajustar el brillo de un color, el efecto de representación de sombras generado puede hacer que una imagen aparezca con un espacio y una percepción estéreo más fuertes», escribieron los autores.

Es posible agregar cristales líquidos y polímeros electrocrómicos a las matrices de metasuperficies para controlar ese brillo, pero ese control no se extiende a todo el rango espectral visible. Y las complicadas arquitecturas electrónicas requeridas dificultan la adaptación de tales metasuperficies para aplicaciones prácticas.

Los nanopilares del equipo del NIST abordan muchos de esos problemas, en particular la cuestión de la sintonización. El equipo fabricó nanopilares de dióxido de titanio en portaobjetos de vidrio, utilizando una sección transversal elíptica en lugar de circular para que el diámetro no fuera uniforme sino que tuviera un eje más largo y un eje más corto. Al cambiar la alineación del eje largo con la polarización de la luz blanca entrante y combinarlo con un filtro polarizador especial en la parte posterior del portaobjetos de vidrio, el equipo pudo adaptar la intensidad de la luz transmitida por los nanopilares.

En principio, funciona de la misma manera que las gafas de sol polarizadas. Cuanto mayor sea el ángulo de rotación de la polarización, mayor será la intensidad de la luz transmitida. De esta manera, los científicos pudieron controlar tanto el color como el brillo en todo el espectro de color visible.

Vermeer es un destacado maestro de la luz y la sombra, y sus pinturas son ricas en claroscuro. Entonces Chica con un pendiente de perlas Fue una elección natural cuando el equipo del NIST buscó un buen candidato de prueba para ver si su técnica podía reproducir digitalmente la pintura con luz. Primero, hicieron una copia digital de la pintura, de solo 1 milímetro de largo, y luego usaron esa información para diseñar una matriz compuesta por millones de nanopilares. Grupos de cinco nanopilares (uno rojo, dos verdes, dos azules), orientados en los ángulos deseados, formaron píxeles del Vermeer. Finalmente, hicieron brillar luz blanca a través de la matriz para producir una reproducción milimétrica del original.

Los resultados demostraron ser bastante impresionantes, incluso capturando algo de la textura del óleo sobre lienzo. «Se puede observar que la niña usa un turbante azul y una chaqueta dorada con un cuello blanco debajo, que presenta transiciones de brillo ultra suaves, y los lados periféricos más oscuros se mezclan a la perfección con el fondo negro», escribieron los autores. «Las suaves transiciones de matiz y brillo de color permiten que la imagen presente una textura similar a la de una pintura al óleo, uniendo elegantemente la brecha entre los resultados científicos y el arte».

Estas metasuperficies de nanopilares podrían usarse para agregar longitudes de onda específicas de luz en una fibra óptica, para controlar mejor la cantidad de información que la fibra puede transportar. También podría ser posible utilizar la técnica para pintar papel moneda con colores complejos que serían difíciles de falsificar.

DOS: Óptica, 2020. 10.1364 / OPTICA.403092 (Acerca de los DOI).

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