Fragmenter af gamle romerske glasbeholdere, der er knust for længe siden og efterladt under jordlag, er kendt for deres slående, farverige overflader, som er resultatet af deres eksponering for mineraler i jorden, sammen med temperaturændringer og andre miljøforhold gennem århundreder.
Nu har forskere lært, at fragmenterne, som er blevet brugt til at skabe moderne smykker på grund af deres iriserende farvetoner, byder på meget mere end bare smukke farver. Det skriver The Debrief.
Professorerne Fiorenzo Omenetto og Giulia Guidetti ved Tufts University's Silklab og deres kolleger har sagt, at de har opdaget, at den molekylære struktur af disse små romerske glasskår er blevet omarrangeret over tusinder af år, hvilket resulterer i dannelsen af fotoniske krystaller.
Fotoniske krystaller er små nanostrukturer med ordnede arrangementer af atomer, som kan producere unikke optiske effekter ved at filtrere og reflektere lys. Disse krystaller findes i naturen hos forskellige dyr, der har udviklet sig til at producere reflekterende, iriserende farver, herunder forskellige slags fisk og andre organismer.
Forskere har også haft succes med at fremstille dem kunstigt, med anvendelser i alt fra optiske kontakter og kommunikationsenheder til bølgeledere, lasere, spejle og endda stealth-teknologier. Dog var tilstedeværelsen af fotoniske krystaller på de gamle romerske glasskår ikke det første, forskerholdet tænkte på.
"Dette smukke skinnende glasstykke på hylden fangede vores opmærksomhed," sagde Omenetto senere om et bestemt skår fundet tæt på det moderne Aquileia i Italien, som engang var en romersk by ved Natiso-floden.
Glasset, som holdet kærligt kaldte 'wow-glass', blev snart afsløret som en fotonisk krystallinsk nanofabrikation.
"Det er virkelig bemærkelsesværdigt, at du har glas, der har ligget i mudder i to årtusinder, og du ender med noget, der er et eksempel på en nanofotonisk komponent," sagde Omenetto.
Omenetto, Guidetti og deres kolleger sagde, at de opdagede unikke atom- og mineralstrukturer, som over tid blev dannet fra eksponeringen for de omgivende miljøforhold omkring det romerske glas, herunder ændringer i pH-værdien og variationer i grundvandet.
Glasset, som menes at stamme fra mellem 100 f.Kr. og 100 e.Kr., kan have sin oprindelse i egyptisk sand, ifølge en nylig analyse.
"Krystallerne på glassets overflade er også en afspejling af de ændringer, der skete i jorden, mens byen udviklede sig - en registrering af dens miljøhistorie," sagde Guidetti.
Foruden dets alder og oprindelse, var holdet i stand til at afsløre dets strukturelle sammensætning og elementanalyse ved hjælp af scanning elektronmikroskopi. Den unikke, gyldne spejlende patina på ydersiden af glasset er resultatet af såkaldte Braggstakke, som er strukturer, der danner lag af silica med skiftende grader af højere og lavere densitet.
Guidetti sagde, at dannelsen af disse strukturer 'sandsynligvis er en proces af korrosion og rekonstruktion', hvor jorden og mineralerne omkring glasskårene, kombineret med regnvand og andre faktorer, 'bestemte diffusionen af mineraler og en cyklisk korrosion af silica i glasset'.
"Samtidig skete der også cyklisk samling af 100 nanometer-tykke lag, der kombinerer silica og mineraler. Resultatet er en utrolig ordnet arrangement af hundredvis af lag af krystallinsk materiale," tilføjede Guidetti.
Guidetti og holdet håber, at de processer, der giver anledning til disse unikke atomare og materielle egenskaber, kan replikeres og accelereres i laboratoriet, hvilket kunne hjælpe forskere med at finde måder at dyrke optiske materialer i stedet for at skulle fremstille dem.
Omenetto, Guidetti og holdets fund var fokus for en undersøgelse offentliggjort i Proceedings of the National Academy of Sciences med titlen 'Photonic crystals built by time in ancient Roman glass'.
