Forskare har utvecklat ett sätt att extrahera en rikare palett av färger från det tillgängliga spektrumet genom att utnyttja oordnade mönster inspirerade av naturen som vanligtvis skulle ses som svarta.

Färger som vi ser i naturen kommer ofta från mönster i nanoskala som reflekterar ljus tillbaka på särskilda sätt. En fjärils vinge, till exempel, kan verka blå eftersom små spår i vingens yta gör att endast blått ljus reflekteras.

När ytor ser svarta eller vita ut, dock, det beror ofta på att strukturerna i nanoskala är helt oordnade, vilket gör att allt ljus antingen absorberas eller reflekteras.

Ett team av forskare under ledning av University of Birmingham har nu hittat ett sätt att kontrollera hur ljus passerar genom dessa oordnade ytor för att producera levande färger.

Laget, som inkluderar kollegor vid Ludwig Maximilian University of München, Tyskland, och Nanjing University i Kina, har jämfört metoden med tekniker som konstnärer har utnyttjat i århundraden. Bland de mest kända exemplen på detta är den romerska Lycurgus-koppen från 400-talet, gjord av glas som ser grönt ut när ljus lyser på det framifrån, men röd när ljus skiner igenom den bakifrån.

I ett modernt framsteg, forskargruppen visade ett sätt att finkontrollera denna effekt för att producera utomordentligt exakt färgåtergivning.

De olika färgerna i bilden är representerade i olika tjocklekar av ett transparent material – som glas – på en litografisk platta. Dessutom, forskarna deponerade det oordnade lagret – i det här fallet gjort av slumpmässiga kluster av guldnanopartiklar. Till sist, under detta lager, laget placerade en spegel för att bilda ett genomskinligt hålrum. Kaviteten kan fånga ljuspartiklar, eller fotoner, inuti. Fotonerna beter sig som vågor inuti kaviteten, resonerar vid olika frekvenser under den litografiska ytan och släpper ut olika färger beroende på längden på varje våg.

Genom att använda denna teknik, teamet kunde reproducera en kinesisk akvarellmålning med utsökt färgnoggrannhet.

Ledande forskare, Professor Shuang Zhang, förklarar:"De olika sätten på vilka naturen kan producera färg är verkligen fascinerande. Om vi ​​kan utnyttja dem effektivt, vi kan öppna en skattkammare av rikare, mer levande färger än vi ännu har sett."

Medförfattaren Dr. Changxu Liu tillägger:"Inom fysik, vi är vana vid att tro att slumpmässighet i nanotillverkning är dåligt, men här visar vi att slumpmässighet kan leda till att vara överlägsen en ordnad struktur i vissa specifika tillämpningar. Också, ljusintensiteten inom de slumpmässiga strukturerna som vi producerade är riktigt stark - vi kan använda det inom andra områden av fysiken, såsom nya typer av avkänningsteknologier."