¿Puede un solo objeto aparecer en dos colores diferentes? » Cienciahoy

La copa Lycurgus es una antigua copa romana que presenta dicroísmo debido a la presencia de nanopartículas.

Vea la animación a continuación. ¿No es desconcertante de ver? La pelota se vuelve verde cuando rebota contra la caja, pero se vuelve roja si la atraviesa. ¿Cómo es eso posible? ¿Y por qué? ¿Es posible algo así en la vida real?

¿Y si te dijera que existe un objeto similar a este? Sin embargo, no habrá necesidad de lanzar ninguna bola, ya que es la luz incidente la que irá cambiando de color. El objeto que estamos a punto de explorar se llama ‘La Copa Lycurgus’.

La copa de Licurgo

La Copa Lycurgus es una antigua copa romana hecha de vidrio que data del siglo IV d.C. Lo más fascinante de esta copa es que exhibe dicroísmo. Es decir, la copa se ve verde cuando se expone a la luz reflejada y roja en presencia de luz transmitida.

Es un Diatretum o copa jaula, que consta de un vaso interior y una jaula de decoración exterior que sobresale del cuerpo. La copa mide 15,9 cm de alto y alrededor de 13 cm de ancho.

Copa Lycurgus en luz reflejada

La Copa Lycurgus en luz reflejada y la Copa Lycurgus en luz transmitida (Crédito de la foto: Colección del Museo Británico./Wikimedia commons)

¿Por qué la Copa Lycurgus cambia de color?

El efecto dicroico de la copa se debe a la presencia de oro y plata nanopartículas.

Definición de nanopartícula

¡Sí! Has leído bien. Esta taza es un gran ejemplo de cómo la nanotecnología ha sido parte de nuestras vidas desde el principio y cómo se usó para completar una gran artesanía incluso en los primeros días de la civilización.

Después de analizar la copa con un Microscopio de Fuerza Atómica, se determinó la composición de las nanopartículas presentes en la copa, con un tamaño de hasta 100 nm.

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¿Por qué el oro y la plata no son de color oro y plata?

Somos muy conscientes de que el oro es de color dorado y la plata es de color plateado, pero ¿por qué estas copas exhiben colores rojo y verde en su lugar? Esos son dos colores completamente diferentes de los tonos que normalmente exhiben.

Aquí es donde entra la belleza de las nanopartículas.

A medida que disminuyen el tamaño y la forma de las partículas de un material, se producen cambios significativos en sus propiedades ópticas. Las propiedades ópticas y electrónicas de las nanopartículas dependen en gran medida de su tamaño, forma y estado de agregación. El color que exhiben se debe a un fenómeno llamado resonancia de plasmón superficial. Antes de saltar directamente a SPR, aprendamos algunos términos y conceptos relacionados a través de una analogía simple.

analogía del aula

Imaginemos un escenario de salón de clases. Sabemos cómo se organizan las mesas y cómo se hace que los estudiantes se sienten en sus respectivos lugares, pero no todos los estudiantes obedecen esta regla. A algunos les encanta deambular por la clase y parecen estar siempre en un nivel de energía más alto.

Algunos estudiantes obedientes pueden intentar que los estudiantes itinerantes regresen a su lugar original, pero sus esfuerzos son en vano. Un maestro estricto puede contenerlos por un tiempo, pero solo un maestro con la misma vibra y energía que ellos podrá impartir verdaderamente el conocimiento de una manera que puedan comprender y absorber.

Comparando un Classroom con el modelo Drude de metal

Oscilación de plasma y plasmones.

Según el modelo de Drude, se consideraba que los metales estaban formados por iones positivos fijos, de los que se desprendían varios electrones libres. Por definición, esto forma un plasma.

Supongamos que tenemos uno de esos núcleos positivos únicos y un electrón separado.

Si el electrón se mueve de su posición de equilibrio, el núcleo positivo ejerce una atracción electrostática sobre el electrón, haciendo que regrese a su posición original. Esta acción repetida hace que el electrón oscile. Sabemos que cualquier material contiene una gran cantidad de electrones y núcleos positivos. Por lo tanto, un escenario puede verse como un mar de electrones libres en un lecho de núcleos positivos.

La oscilación colectiva de este mar de electrones libres puede denominarse oscilación de plasma. Un cuanto de esta oscilación se llama plasmón. Esta oscilación tiene una frecuencia que puede denominarse frecuencia de plasma.

A estas frecuencias, tiene lugar la absorción mejorada de la radiación EM.

Resonancia de plasmones superficiales

Cuando la frecuencia de la luz incidente coincide con la frecuencia del plasma, se produce la resonancia. Esto se puede denominar resonancia de plasmón superficial.

INCIDENTE EM FRECUENCIA PLASMA FRECUENCIA meme

Durante este fenómeno, algunas longitudes de onda se absorben y otras se dispersan. Las longitudes de onda absorbidas por los plasmones pueden verse como una caída en la curva de absorción. La longitud de onda en la que se produce esta absorción depende en gran medida del tamaño, la forma y el estado de agregación de las partículas.

nanopartículas

Varios colores exhibidos por nanopartículas de oro de diferentes tamaños. (Crédito de la foto: Nikonianman/Creative Commons)

Para las nanopartículas de oro que tienen un tamaño de ~30 nm, la absorción ocurre en la porción azul-verde del espectro visible, reflejando así la luz roja. Para las nanopartículas de plata, la absorción ocurre alrededor de los 400 nm, reflejando así la luz verde. Dado que la copa contiene nanopartículas de plata y oro, podemos presenciar el efecto dicroico de la copa. El dicroísmo también se conoce como ‘El efecto Lycurgus’.

La historia representada en la copa.

Otra característica cautivadora de la Copa Lycurgus es su decoración exterior. Está intrincadamente tallado y representa la historia del rey Licurgo siendo castigado por su crimen contra Dioniso.

Lycurgus, el rey de Thrace, había comenzado a atacar a personas inocentes. Cuando escuchó que Dionisio, dios del vino y del éxtasis, cruzaba por su tierra, trató de capturarlo. Dionisio escapó, por lo que Lycurgus captura a sus ninfas. Una de esas ninfas se llamaba Ambrosia.

La Ambrosia capturada suplica ayuda a la madre tierra. Ella regresa como la vid y enreda a Lycurgus, convirtiéndolo en un objetivo para que las otras ninfas lo castiguen. Zeus interviene y salva a Lycurgus, pero como castigo por sus actos despiadados, Zeus convierte a Lycurgus en un vagabundo ciego.

La copa muestra a Lycurgus siendo enredado por una vid con Ambrosia suplicando a su lado.

Conclusión

La Copa Lycurgus no solo ha atraído estéticamente a la gente durante siglos, sino que también ha inspirado nuevas tecnologías. Uno de esos descubrimientos tecnológicos es el nano LCA. Es un sensor plasmónico que se puede utilizar en la detección de biomoléculas.

Aunque se desconoce la historia temprana de la copa, fue adquirida por la familia Rothschild, que más tarde la vendió al Museo Británico. La copa ahora se encuentra en el Museo Británico de Londres.

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