Физики из Научно-технологического университета имени короля Абдаллы разработали материал, обладающий рекордным поглощением света в тонких слоях. Он представляет собой наночастицы золота определенной формы, способные поглощать свыше 98,43 процента видимого и инфракрасного излучения. Из-за этого он кажется абсолютно черным. Авторы отмечают, что при его разработке вдохновлялись строением надкрыльев одного из самых белых организмов на Земле — жука Cyphochilus. Исследование опубликовано в Nature Nanotechnology, кратко о нем рассказывает блог Королевского химического общества (Великобритания).

Материал состоит из наночастиц золота сложной формы: каждая из них представляет собой золотую сферу с прикрепленным к ней золотым наностержнем. Авторы обнаружили, что такие частицы, расположенные хаотично, способны работать как практически бесконечная сеть волноводов — как только фотон попадает в такой волновод, он больше не может из него выйти. Ученые отмечают, что у такой системы нет теоретического предела поглощения, то есть на ее основе возможно создание краски со 100-процентным поглощением.

Фотография наночастиц золота, использованных в работе. Просвечивающая электронная микроскопия. Изображение: J. Huang et al. / Nature Nanotechnology, 2015

Экспериментально материаловедам удалось добиться поглощения свыше 98 процентов света в слое наночастиц толщиной в 10,2 микрометра. При этом важно отметить, что такая величина поглощения соответствовала диапазону длин волн от 400 нанометров (фиолетовый свет) до 1400 нанометров (инфракрасное излучение), а угол освещения в эксперименте отклонялся от вертикального на величину вплоть до 60 градусов. Пиковое поглощение составило 99,7 процента. По словам авторов, это рекордные показатели для слоев такой толщины.

Строение и принцип действия материала. Изображение: J. Huang et al. / Nature Nanotechnology, 2015

«Чернота» материала определяется тем, какую часть оптического излучения он поглощает. Ранние попытки создать такие материалы основывались на оптимизации процесса поглощения и использовании упорядоченных массивов углеродных нанотрубок. Главным минусом такого подхода оказалось то, что материал сохраняет свою «черноту» лишь под вертикальным освещением — в случае же отклонения и бокового освещения интенсивность поглощения становится меньше.

Идея хаотичности структуры, по словам авторов, была позаимствована у природы. Надкрылья жуков рода Cyphochilus являются прямой противоположностью предложенному материалу — они обладают практически идеальным рассеянием света оптических длин волн. Ученые, в некотором смысле, инвертировали их строение, создав новый материал. 

Автор: Владимир Королёв