Roma, 20 de septiembre (Agencia Europea de Noticias) – Investigadores de vidrio romano antiguo enterrado han descubierto cómo las moléculas de vidrio antiguo se reorganizaron y recombinaron con minerales a lo largo de siglos.
El resultado es una pátina de cristales fotónicos (disposiciones ordenadas de átomos que filtran y reflejan la luz de formas muy específicas), similar a los materiales utilizados en comunicaciones, láseres y células solares.
Fragmentos de vasijas de vidrio romanas de hace 2.000 años de antigüedad utilizadas para contener vino o agua se rompieron por algún accidente y, a lo largo de los siglos, las vasijas quedaron cubiertas por capas de polvo y suciedad y expuestas a la temperatura, la humedad y los minerales circundantes.
Ahora, estos pequeños fragmentos de vidrio han sido descubiertos en obras de construcción y excavaciones arqueológicas, y están demostrando ser algo extraordinario. Sus superficies están salpicadas de azules, verdes y naranjas iridiscentes, y algunas parecen espejos dorados brillantes.
Estos hermosos fragmentos de vidrio a menudo se colocan en joyas como colgantes o aretes, mientras que en los museos se exhiben artículos más grandes y completos.
Para Fiorenzo Omenetto y Giulia Guidetti, profesores de ingeniería de Silklab en la Universidad de Tufts y expertos en ciencia de materiales, lo fascinante es cómo las moléculas de vidrio se reorganizan y recombinan con minerales durante miles de años para formar los llamados fotones. Los cristales son disposiciones ordenadas de átomos que filtran y reflejan la luz de formas muy específicas.
Los cristales fotónicos tienen muchas aplicaciones en la tecnología moderna. Se pueden utilizar para crear guías de ondas, conmutadores ópticos y otros dispositivos que permitan comunicaciones ópticas muy rápidas en computadoras e Internet. Debido a que pueden diseñarse para bloquear ciertas longitudes de onda de luz y dejar pasar otras, se usan en filtros, láseres, espejos y dispositivos antirreflectantes (ocultos).
En su estudio publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), el equipo informa sobre una estructura atómica y mineral única formada a partir de los componentes minerales y de silicato originales del vidrio y afectada por el pH ambiental y las fluctuaciones. El nivel freático en el suelo.
El proyecto comenzó por casualidad durante una visita al Centro Tecnológico del Patrimonio Cultural del Instituto Italiano de Tecnología (IIT).
«Nos llamó la atención un hermoso y brillante trozo de vidrio colocado en un estante», explicó Omeneto en un comunicado. «Este es un fragmento de vidrio romano encontrado cerca de la antigua ciudad de Aquileia en Italia.» Arianna Traviglia, directora del centro, dijo que su equipo lo llama cariñosamente «Wow Glass». Decidieron echar un vistazo más de cerca.
Los investigadores pronto se dieron cuenta de que lo que estaban viendo era la naturaleza nanofabricada de los cristales fotónicos. «Es realmente sorprendente que tengas un cristal que ha estado empapado en barro durante dos mil años y termines con un ejemplo de libro de texto de un componente nanofotónico», dijo Omenetto.
El análisis químico realizado por el equipo del IIT rastreó que los fragmentos de vidrio se originaron en arena egipcia entre el siglo I a.C. y el siglo I d.C., lo que indica comercio global en ese momento. La mayoría de los fragmentos conservan su color verde oscuro original, pero la superficie está cubierta con una capa de pátina de un milímetro de espesor, que muestra un reflejo dorado casi perfecto como un espejo.
Omenetto y Guidetti utilizaron un nuevo tipo de microscopio electrónico de barrido que no sólo revela la estructura del material sino que también proporciona un análisis elemental. «Básicamente, es un instrumento que nos permite entender en alta resolución de qué está hecho un material y cómo se combinan los elementos», explica Guidetti.
Pudieron ver que la pátina tenía una estructura en capas de capas muy regulares de sílice, de micrómetros de espesor, con densidades alternas altas y bajas que parecían reflectores llamados pilas de Bragg.
Cada pila de Bragg refleja fuertemente una longitud de onda de luz diferente y relativamente estrecha. El apilamiento vertical de docenas de pilas de Bragg crea una apariencia de espejo dorado similar a una pátina.
En cuanto a cómo se formó esta estructura con el tiempo, los investigadores propusieron un posible mecanismo que se desarrolló pacientemente durante siglos.
«Probablemente fue un proceso de erosión y reconstrucción», explica Guidetti. La arcilla circundante y el agua de lluvia determinan la difusión de minerales en el vidrio y la corrosión cíclica de la sílice. Al mismo tiempo, el ensamblaje de capas combinadas de sílice y minerales de 100 nanómetros de espesor también se produce en ciclos. El resultado es una disposición extremadamente ordenada de cientos de capas de material cristalino”, añadió.
«Si bien la edad del vidrio puede ser parte de su encanto, en este caso, si pudiéramos acelerar significativamente el proceso en el laboratorio, podríamos encontrar una manera de cultivar materiales ópticos en lugar de fabricarlos», dijo Omeneto. Materiales ópticos”.
Los procesos moleculares de descomposición y reconstrucción tienen algunas similitudes con la propia ciudad de Roma. A los antiguos romanos les encantaba construir estructuras duraderas como acueductos, caminos, anfiteatros y templos. Muchos de estos edificios se convirtieron en la base de la topografía de la ciudad.
La ciudad creció a lo largo de los siglos, con edificios subiendo y bajando a medida que la guerra, el malestar social y el paso del tiempo trajeron cambios. Durante la Edad Media, la gente utilizaba materiales de edificios viejos, rotos y abandonados para construir otros nuevos. Las calles y edificios modernos están construidos directamente sobre cimientos antiguos.
«Los cristales que crecen en la superficie del vidrio también reflejan los cambios en el suelo a medida que la ciudad se desarrolla y son un registro de su historia ambiental», concluye Giedetti.
