Обычный лист бумаги кажется белым, потому что хаотично рассеивает все лучи. А крыло бабочки переливается синим и зелёным без единой капли краски — его поверхность покрыта микроскопическими бороздками, которые гасят одни волны света и усиливают другие. Инженеры давно мечтают повторить этот трюк: создать материал, который окрашивает сам себя, просто задерживая свет в нужных местах.
В новой работе учёные сделали в кремниевой пластине крошечные ямки-пустоты. Диаметр каждой — сотни нанометров, в сотни раз тоньше человеческого волоса. Свет, падая на такую ямку, не отражается сразу, а закручивается внутри неё, как вода в воронке. Глубина воронки решает, какая часть радуги останется в ловушке, а какая вырвется наружу — и именно её мы видим как цвет.
Главная хитрость — в способе травления. Пластину покрывают светочувствительным лаком и облучают электронным лучом с разной силой. Где луч бил дольше, там лак размягчается глубже, и после проявления остаются ступеньки. Затем рисунок переносят на кремний — и получаются пустоты разной глубины. На одной пластине умещается целая палитра: от фиолетового до красного, причём цвета получаются яркими и стойкими, ведь это не краска, а сама структура материала.
Такие поверхности не выцветают на солнце и не боятся влаги. Их можно печатать на гибких плёнках, наносить на стёкла очков или корпуса роботов. А ещё — использовать вместо чернил в защитных голограммах: подделать структурный цвет гораздо сложнее, чем обычную краску.
Самые яркие цвета в природе — на крыльях бабочек и перьях павлина — возникают именно так: без пигментов, только за счёт микроскопических ямок и бороздок, которые ловят свет.
В фильме «Аватар» светящиеся растения и узоры на коже на’ви переливаются структурными цветами — как раз такими, какие теперь можно печатать на кремнии.