Из золота сделали самый черный материал

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.

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.

«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.