Questo frammento di vetro risalente a circa 2000 anni fa riflette la luce su molte diverse lunghezze d'onda, dal rosso al blu con tutti i colori nel mezzo, con una patina dorata che si comporta come uno specchio. Credit: CCHT-IIT / National Archeological Museum of Aquileia / Italian Ministry of Culture.
Un team di scienziati italiani e statunitensi ha scoperto che un antico pezzo di vetro portato alla luce vicino a quella che era un tempo la città romana di Aquileia, nell'Italia settentrionale, è ricoperto di strutture note come cristalli fotonici, che si trovano di solito in tecnologie ottiche all'avanguardia1.
I cristalli fotonici sono composti da elementi periodici su scala nanometrica in grado di filtrare e deviare la luce di diversi colori. Normalmente vengono prodotti artificialmente per applicazioni come le comunicazioni ottiche, mentre in questo caso sono stati creati nel corso dei secoli da fenomeni naturali, che hanno depositato centinaia di sottili strati di silice creando un'abbagliante patina multicolore sul vetro verde.
L'archeologa Arianna Traviglia trovò questo frammento di vetro in un campo durante una spedizione nel 2012, quando era ricercatrice per la Macquarie University di Sydney. Da allora ha continuato ad analizzare le proprietà fisiche e chimiche dell'oggetto con i colleghi del suo attuale laboratorio presso l'Istituto Italiano di Tecnologia a Venezia, datandolo tra il I secolo a.C. e il I secolo d.C..
L'anno scorso Fiorenzo Omenetto, ingegnere della Tufts University in Massachusetts, ha visitato il laboratorio di Venezia. Traviglia racconta che quando ha visto il frammento su una scrivania si è entusiasmato e ne ha portato un piccolo campione con sé negli Stati Uniti.
Utilizzando la microscopia ottica ed elettronica, Omenetto e i colleghi di Tufts hanno scoperto che la patina iridescente, spessa un millimetro, è costituita da strati di silice contenenti numerose strutture impilate. Ognuna di queste pile è un cristallo fotonico unidimensionale, che può riflettere una specifica lunghezza d'onda della luce grazie alla sua struttura, costituita da un’alternanza di decine di strati a densità più alta e più bassa, chiamati nanolamelle. Più spesso lo strato di nanolamelle ad alta densità, maggiore la lunghezza d'onda della luce riflessa. La patina nel suo complesso contiene pile che riflettono la luce in un'ampia gamma di lunghezze d'onda, dal rosso al blu e ai colori intermedi, e si comporta come uno specchio fatto di oro.
Erano già stati trovati cristalli fotonici di origine naturale, ad esempio nelle ali delle farfalle. La novità, dice Traviglia, è aver stabilito che l’azione degli elementi può formare cristalli fotonici agendo sulla superficie del vetro per lunghi periodi di tempo. Come spiega Omenetto, queste strutture non richiedono necessariamente laboratori o camere bianche, ma solo " qualche migliaio di anni trascorsi nella sporcizia".
Non è ancora chiaro come ciò avvenga, ma i ricercatori ritengono che il terreno alcalino rompa lentamente la struttura molecolare amorfa del vetro per creare nanoparticelle di silice che crescono e si aggregano per formare nanolamelle - con la variazione dei livelli di pH del terreno che crea alternanze nella densità.
Traviglia spiega che il suo team vuole provare a invecchiare artificialmente un vetro simile, più rapidamente di quanto avverrebbe in natura. La capacità di creare cristalli fotonici come questo, aggiunge, potrebbe portare a nuove tecniche di fabbricazione di materiali per le telecomunicazioni o di controllo della luce.
