Descubren cómo un trozo de vidrio de la antigua Roma se convirtió en un cristal fotónico moderno
Un fragmento de vidrio romano de 2.000 años de antigüedad se ha transformado de forma natural en un cristal fotónico que sólo se conoce desde 1887 y que hoy tiene diversas aplicaciones industriales desconocidas en la antigüedad. La ciencia explica cómo ha sido posible.
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Un fragmento de vidrio romano descubierto hace diez años en Italia revela un fenómeno óptico sorprendente: su superficie se ha transformado en un material de nanocáscara, compuesto de nanopartículas esféricas, que refleja la luz como las alas de una mariposa.
La investigación ha descubierto ahora cómo se produjo esta transformación y qué nos dice sobre la antigua tecnología del vidrio, informa la revista Physics.
Romanos pioneros
El vidrio es uno de los materiales más antiguos y versátiles que el ser humano ha creado. Desde la Edad del Bronce, las civilizaciones han utilizado el vidrio para fabricar cuentas, vasijas, figuras y otros objetos decorativos o funcionales.
Los romanos fueron los primeros en desarrollar la técnica del soplado de vidrio en el siglo I a.C., lo que les permitió producir vidrio más barato, más rápido y en una mayor variedad de formas. El vidrio romano se extendió por todo el imperio y se ha conservado en grandes cantidades hasta nuestros días.
Sorpresa en Aquilea
Un ejemplo de vidrio romano es un fragmento encontrado en 2012 en una zona rural del noreste de Italia, cerca Aquilea, ciudad fundada en el año 181 a.C. que sufrió inundaciones, terremotos, asedios y saqueos a lo largo de su historia. El fragmento de vidrio llama la atención por su coloración: una superficie iridiscente de azul intenso y oro brillante sobre un sustrato verde oscuro.
El descubrimiento del antiguo cristal fotónico intrigó a los científicos, porque no sabían cómo había adquirido colores tan llamativos.
Pruebas físicas y químicas.
Para aclarar este origen, Julia Guidettide la Universidad de Tufts en Massachusetts, y sus colaboradores realizaron una serie de pruebas químicas y físicas en el fragmento de vidrio de Aquileia.
Comparando su composición química con la de otros hallazgos, estimaron que el vidrio se fabricó entre el 100 a. C. y el 100 d. C., utilizando arena rica en sodio procedente de Egipto. El color verde oscuro del sustrato se debe al uso de ceniza vegetal como agente reductor por parte del vidriero.
Diferentes escalas
Los colores azul y dorado, sin embargo, se originaron más tarde, durante el proceso de degradación. Al examinar el fragmento con microscopios ópticos y electrónicos, los investigadores descubrieron estructuras a varias escalas.
En la escala más grande, hay dominios cóncavos del tamaño de un micrómetro que se distribuyen aleatoriamente sobre la superficie, como los cráteres de la Luna. Paralelas a la superficie hay miles de finas capas, principalmente de sílice, que alternan en densidad -y por tanto en índice de refracción- entre alto y bajo.
cristal fotónico
Estas capas forman un cristal fotónico: un material periódico que afecta la propagación de la luz. Dependiendo del ángulo y la longitud de onda de la luz incidente, algunas frecuencias se reflejan y otras se transmiten o absorben. Esto produce el efecto iridiscente que vemos en las alas de algunas mariposas o en las plumas de algunos pájaros.
Los cristales fotónicos, de los que se empezó a hablar en 1887, aunque no fueron llamados así hasta 1987, se utilizan actualmente como finas láminas ópticas en lentes, espejos, tintas y pinturas, aplicaciones que los romanos de la época desconocían por completo.
Reacción química
Para explicar cómo este cristal fotónico se formó naturalmente a partir de vidrio amorfo, los investigadores proponen que se debió a una reacción química entre el vidrio y el agua subterránea durante los dos milenios que estuvo enterrado.
Según esta versión, el agua disolvió parte del sodio del vidrio, dejando huecos que reducían la densidad del material. Además, el agua provocó la hidratación y cristalización parcial de la sílice, aumentando su densidad. Estos cambios dieron lugar a capas alternas de baja y alta densidad.
Ejemplo único
El fragmento de vidrio de Aquileia es un ejemplo único de cómo un material puede transformarse accidentalmente en otro con propiedades ópticas muy diferentes.
Este hallazgo nos muestra que los antiguos romanos ya fabricaban vidrio con estructuras nanométricas sin saberlo, y nos invita a explorar otras posibles aplicaciones del vidrio como material fotónico.
Referencia
Cristales fotónicos construidos por el tiempo en vidrio romano antiguo. Giulia Guidetti et al. PNAS, 18 de septiembre de 2023, 120 (39) e2311583120. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2311583120
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