科學(xué)家們已經(jīng)開發(fā)出一種方法，通過利用受自然啟發(fā)的無序圖案(通常被視為黑色)，從可用的光譜中，提取更豐富的色彩，其研究發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《自然通訊》期刊上。我們在自然界中看到的顏色，通常來自納米尺度的圖案，它們以特定的方式反射光線。例如，蝴蝶的翅膀可能看起來是藍色的，因為翅膀表面的微小凹槽只會反射藍色光。

然而，當(dāng)表面呈現(xiàn)黑色或白色時，通常是因為納米級的結(jié)構(gòu)完全無序，導(dǎo)致所有的光要么被吸收，要么被反射。由伯明翰大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一組研究人員，現(xiàn)在已經(jīng)找到了一種方法來控制光線穿過這些無序表面的方式，以產(chǎn)生鮮艷的顏色。該團隊包括德國慕尼黑路德維?！ゑR克西米連大學(xué)和中國南京大學(xué)的同事，將這種方法與藝術(shù)家們幾個世紀(jì)以來一直在利用的技術(shù)進行了比較。

其中最著名的例子是：四世紀(jì)羅馬Lycurgus杯子，它是由玻璃制成，當(dāng)光線從前面照射到它時，它看起來是綠色的。但當(dāng)光線從后面照射進來時，它看起來是紅色的?，F(xiàn)在研究小組展示了一種精細控制這種效果的方法，以產(chǎn)生非常精確的顏色再現(xiàn)。圖像中的不同顏色，用不同厚度的透明材料(如玻璃)在平版印刷版上表示。

最重要的是：研究人員沉積了無序的層，在這種情況下，是由隨機金納米顆粒簇組成。最后，在這一層下面，研究小組放置了一個反射鏡，以形成一個透明的空腔，該空腔能夠?qū)⒐饣蚬庾拥牧Ｗ硬东@到內(nèi)部。光子在腔內(nèi)的行為就像波，在光刻表面下以不同的頻率共振，并根據(jù)每個波長度釋放不同的顏色。通過使用這種技術(shù)，該團隊能夠以精致的色彩精度再現(xiàn)一幅中國水彩畫。

大自然產(chǎn)生顏色的不同方式真的很吸引人，如果能有效地利用它們，就可以打開一個比我們迄今看到的更豐富、更鮮艷的顏色寶庫，在物理學(xué)中，我們習(xí)慣于認為納米制造中的隨機性不好。但研究人員展示了在某些具體應(yīng)用中，隨機性可以導(dǎo)致優(yōu)于有序結(jié)構(gòu)。此外，產(chǎn)生隨機結(jié)構(gòu)中的光強真的很強，可以將這一點用于其他物理領(lǐng)域，如新型傳感技術(shù)。

圖示（下同）：基于耦合模理論從寬帶吸收過渡到帶限反射/透射的無序系統(tǒng)。

無序的生物結(jié)構(gòu)在自然界中無處不在，由于其寬帶光學(xué)響應(yīng)和對微擾的魯棒性，通常會產(chǎn)生白色或黑色。通過明智的設(shè)計，無序的納米結(jié)構(gòu)已經(jīng)在人工系統(tǒng)中實現(xiàn)，具有獨特的光局域化、光子傳輸和能量收集特性。另一方面，具有寬帶響應(yīng)的無序系統(tǒng)可調(diào)性幾乎沒有被探索過。

研究實現(xiàn)了對無序等離子體系統(tǒng)的可控操縱，通過對耦合到外腔的確定性控制，實現(xiàn)了從寬帶吸收到可調(diào)反射的轉(zhuǎn)變。從一個推廣模型出發(fā)，認識到由等離子體納米團簇組成的無序系統(tǒng)，它們要么作為寬帶吸收體工作，要么在可見光范圍內(nèi)具有可重新配置的反射帶。研究無序等離子體系統(tǒng)不僅對進一步理解無序物理具有重要意義，而且為各種實際應(yīng)用提供了一個新平臺，如結(jié)構(gòu)顏色圖案化。

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博科園｜研究/來自：伯明翰大學(xué)

參考期刊《自然通訊》

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