意大利和美国的研究人员说，古罗马玻璃碎片上独特的虹彩铜绿源于随着时间的推移在材料中自然形成的光子晶体结构。这种不寻常的晶体包含高密度和低密度二氧化硅层的交替层，类似于被称为布拉格堆栈的反射器，它们的存在使碎片的表面像金镜一样闪耀。除了揭示古代玻璃的纳米级特性外，这一发现还是自然纳米制造的复杂光子结构的一个例子 - 这可以激发通过人工老化来生产不同玻璃成分的新策略。
古代玻璃制品通常具有虹彩铜绿，通过腐蚀逐渐形成。这种自然过程涉及玻璃中的二氧化硅颗粒反复溶解和重析。铜绿的最终组成和结构取决于两个因素：玻璃中的原始成分与含水土壤中的化学物质之间的反应，以及水的pH值。这些反应将玻璃重组为纳米至微米厚的层或薄片，这些层或薄片由具有规则交替堆积密度的纳米颗粒形成。正是这些薄片赋予了铜绿光泽。
在他们的研究中，塔夫茨大学丝绸实验室的Giulia Guidetti和意大利理工学院文化遗产技术中心的Roberta Zanini和Giulia Franceschin选择分析在威尼斯东北约100公里的古城阿奎莱亚附近发现的罗马玻璃碎片。由于使用激光烧蚀质谱获得的化学分析，他们证实玻璃是由二氧化硅 - 钠钙制成的，并将样品的日期定在公元前一世纪至公元一世纪之间。然后，他们使用光学和电子显微镜来表征毫米厚的铜绿的成分，发现它发出明亮的光芒，并在很宽的波长范围内反射光。
高反射率布拉格堆栈
研究人员表示，这些特性来自铜绿中高度有序的纳米结构域堆栈，这些结构域单独表现得像高反射率布拉格堆栈。这些域的集体行为意味着，通过长期腐蚀过程和玻璃中二氧化硅纳米颗粒的自组装，原本无定形的材料已经转变为组织良好的光子晶体。事实上，除了铜绿之外，玻璃的大部分都保持着原来的形状，并且是深绿色的。
“值得注意的是，光子学研究人员和工程师花费大量时间和精力在洁净室中制造这种复杂的纳米结构，是通过埋在土壤中数千年而形成的，”生物力学工程师兼Silklab负责人Fiorenzo Omenetto说。“从科学上讲，这种腐蚀过程可能是一种不同方法来生长'结构颜色'和镜子的灵感，当然，前提是玻璃的转变显着加速。
不过，最重要的是，他强调了“做出如此意想不到的发现的喜悦。这个样品在架子上闪闪发光，当我们走过时吸引了我们的注意力。
研究人员在PNAS中报告了他们的工作，现在正在努力识别其他具有类似特征的古代玻璃制品。“虽然古代玻璃上的彩虹色铜绿相对常见，但这种特殊的碎片，表征为光子晶体，呈现出一个独特的案例，”CCHT主任Arianna Traviglia告诉物理世界。“我们的目标是进一步研究这种现象，并了解促进其发生的环境条件。
