Chiếc cốc nano đi trước thời đại của người La Mã

Chiếc cốc Lycurgus tại bảo tàng nước Anh. Ảnh: Wikimedia Commons

Theo Ancient Origins, chiếc cốc Lycurgus niên đại 1.600 năm tuổi khắc họa hình tượng vua Lycurgus xứ Thrace, La Mã cổ đại. Bảo tàng Anh sở hữu chiếc cốc từ những năm 1950, nhưng họ vẫn chưa thể khám phá lý do chiếc cốc chuyển màu xanh đỏ tùy ánh sáng chiếu vào.

Những nghiên cứu sau này xác nhận, hiệu ứng chuyển màu của chiếc cốc do hiện tượng giao thoa, khi có sự tương tác giữa ánh sáng với các hạt nano kim loại. Ngày nay, công nghệ này được sử dụng để tạo ra hình ảnh ba chiều bằng các hạt bạc nhỏ xíu. Nhờ đó, lượng thông tin lưu trữ trong các thiết bị quang học kỹ thuật số (như cảm biến, thiết bị trình chiếu và chụp ảnh y tế) có thể tăng gấp đôi.

Theo nghiên cứu công bố trong Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Mỹ tháng 7/2014, hiện tượng giao thoa tạo ra bởi sự tương tác giữa ánh sáng với các hạt nano cho phép hình ảnh ba chiều vượt ra ngoài giới hạn thông thường của quá trình nhiễu xạ, phương thức khiến sóng lan truyền hoặc uốn cong khi gặp một khe hở hoặc chướng ngại vật.

Khi các hạt kim loại đạt đến kích thước ở cấp độ nano, chúng sẽ phát ra màu sắc óng ánh, và chiếc cốc Lycurgus là trường hợp đầu tiên sử dụng kỹ thuật này. Ra đời vào thế kỷ thứ 4, đây là chiếc cốc thủy tinh phủ các hạt bạc và vàng được nghiền mịn đến kích thước 50 nanomet, nhỏ hơn một phần nghìn hạt muối. Nó tạo ra hiện tượng quang học có tên là lưỡng sắc, nghĩa là màu sắc của cốc thay đổi từ xanh sang đỏ, tùy theo vị trí nguồn chiếu sáng.

Các nhà khoa học nói rằng, nghệ nhân La Mã tạo ra hiệu ứng lưỡng sắc trong cốc Lycurgus là ngẫu nhiên ngoài ý muốn. Tuy nhiên, một số người khác nhận định chiếc cốc rất tinh xảo, thật vô lý để khẳng định đây chỉ là sự tình cờ.

Trên thực tế, tỷ lệ thành phần kim loại được pha trộn rất chính xác cho thấy người La Mã đã đạt đến "tay nghề điêu luyện" trong việc sử dụng các hạt nano, Ian Freestone, nhà khảo cổ học thuộc Đại học London, Anh, nhận xét.

Chỉ 20 năm trở lại đây, giới khoa học mới bắt đầu hiểu về hiện tượng xuất hiện ở chiếc cốc Lycurgus. Tuy nhiên, họ vẫn chưa thành công trong ứng dụng kỹ thuật tạo tác này.

Để áp dụng trong lĩnh vực quang học hiện đại, một nhóm nghiên cứu liên ngành tạo ra mảng hạt nano kim loại có kích thước nano, nhằm tạo ra hình ảnh ba chiều đa màu sắc giống hiệu ứng của cốc Lycurgus.

Bước đột phá này có thể giảm kích thước cho nhiều thiết bị quang học vốn dĩ khá cồng kềnh, Yunuen Montelongo, khoa Kỹ thuật, đại học Cambridge, trưởng nhóm nghiên cứu cho biết.

Kỹ thuật tạo ảnh ba chiều đa màu. Ảnh: Yunuen Montelongo

Sử dụng duy nhất một lớp bạc mỏng, Montelongo va đồng nghiệp tạo ra những bản mẫu hình ảnh ba chiều đầy màu sắc, có chứa 16 triệu hạt nano trên mỗi mm2. Mỗi hạt nano nhỏ hơn bề rộng sợi tóc người khoảng 1.000 lần, tán xạ ánh sáng thành các màu sắc khác nhau tùy theo kích thước và hình dạng cụ thể của nó. Ánh sáng tán xạ từ mỗi hạt nano sẽ tương tác và kết hợp với nhau để tạo ra hình ảnh.

"Công nghệ trên sẽ dẫn đến một loạt ứng dụng mới trong lĩnh vực lượng tử ánh sáng. Nó sẽ được tích hợp vào thế hệ tiếp theo của thiết bị điện tử siêu mỏng," Montelongo, cho biết.

Thật thú vị khi nói rằng, các nhà khoa học hiện đại đang quay về với những tác phẩm chúng ta gọi là "cổ xưa" để phát triển công nghệ mới.

Lê Hùng