پياله‌اي که در تصوير زير مي‌بينيد قدمتي ۱۶۰۰ ساله دارد، و اخيراً موضوع پژوهشي در چند حوزه‌ مطالعاتي شده. وقتي نور به‌طور مستقيم به پياله بتابد، سبز به نظر مي‌رسد. وي وقتي از پُشت به آن نور برخورد مي‌کند، قرمز مي‌شود. اخيراً از پژوهشگران دليل اين ويژگي نوري پرده‌برداري کردند و حالا به دنبال کاربردهاي آن هستند. 

اسطوره

اين پياله پس از پادشاه ليکورگوس تَراکيه (يونان صغير) به نام وي و به بهانه‌ي نقش تاکستان‌هاي مو در زمان او و به‌نام او، جام ليکورگوس ناميده شد. ولي مطابق داستان‌هاي اساطيري براي حمله به ديونيسوس، الهه تاکستان‌هاي اساطير يوناني، اينطور نقش شده که در تصوير هم مي‌بينيد. آمبروسا، به معناي شهد يا غذاي الهه‌ها، زمين با عنوان مادر-زمين ناميده شد، که مواد خام خوارکي و نوشيدني مي‌ساخت. بر پياله نقشي با شيشه‌ي ضخيم زده شد که بر پايه‌اي فلزي قرار مي‌گيرد.

اين پياله دو رنگ است: وقتي نور از پُشت به آن برخورد مي‌کند، آن را قرمز و وقتي از جلو نور برخورد مي‌کند، سبز به نظر مي‌رسد. ولي دانشمندان براي مدتي طولاني نمي‌توانستند از موادي استفاده کنند که کارکرد آن را مشخص کنند. در دهه ۱۹۹۰ گروهي از دانشمندان توانستند با بخش‌هايي از اين پياله که از شيشه‌اش برداشته بودند، و ذرات کوچکي از نقره و طلا به وزن ۵۰ نانوگرم که در شيشه عملاً معلق بودند پژوهش را به سرانجام برسانند. اين نانوذرات فلزي در رنگ‌هاي متفاوتي ديده مي‌شدند. در تصويرهاي زير نمونه‌هاي ديگري از ظروف رنگي را مي‌بينيد که همچون پنجره‌هاي رنگي بخصوص در ونيز که جزء مراکز توليد شيشه رنگي بود، بسيار مورد توجه فيزيکدانان و همينطور تاريخ‌نگاران قرار گرفته.

تغيير رنگ‌ها

وقتي نور از اين ظرف عبور مي‌کند، نانوذرات طلا و نقره هستند که نور را پراکنده مي‌کنند. اين پراکندگي نوري باعث مي‌شود نور بازتابي سبز و بعد با گذر از هواي داخل ظرف به نور قرمز قطبيده شود (در فيزيک نور اين فيلترينگ نوري به قطبش معروف است). براي آزمايش از هيچ ماده‌ مياني ديگري استفاده نشد. ولي جالب بود که با تغيير مواد مختلف که داخل ظرف قرار مي‌گرفت، رنگ‌ها تغيير مي‌کرد. دانشمندان بر اين باورند، اين تغيير رنگ را براي آزمون‌هاي رنگ سنجي استفاده کنند. در اين نوع آزمون‌ها رنگ‌ها از هم جدا مي‌شود. آزمون‌هاي زيادي چون بارداري تا ادرار از اين جمله‌اند. آخرين پژوهش‌ها بر روي مواد مينياتوري اين پياله نشان مي‌دهد که هوا باعث سبزي و قرمزي مذکور مي‌شود. وقتي اين ظروف کوچک را آب نمک، آب شکر، روغن و ديگر مواد پُر کردند، ديدند رنگ‌هاي مختلفي از چمله سبز، زرد، قرمز، و نارنجي در طيف ظاهر شد.

کاربردهاي نوين

اين پياله بسياري از فيزيکدانان نانوپلاسمونيک پژوهشگران کاربردهاي پلاسمون‌هاي سطحي را مجذوب خود کرده. پلاسمون‌هاي سطحي امواج الکترون‌هاي آزاد در گاز فلزي هستند که مي‌توانند با نور نانوذرات جفت شوند. الکترون‌هاي آزاد تمام نقاط گاز فلزي به راحتي در يک اتم فلزي ديگر حرکت کرده و به همين دليل است که آنها را الکترون‌هاي آزاد مي‌ناميم.

وقتي يک لايه‌ي مقيد بين اتم‌هاي فلزي و ماده‌اي ديگر مثلآً شيشه (يک عايق) وجود دارد. اين الکترون‌‌هاي نوساني مي‌توانند انتشار موج الکترومغناطيس مرئي را در طول اين مقطع مقيد نگه دارند. اين امواج را SPPs يا سطح-پلاسمون-پولاريتون مي‌نامند. رنگ نور مشاهده شده، باني همان تشديدهايي است که به‌وسيله‌ي سطح پلاسموني نگه‌داشته شده.

اين تيم پژوهشي با ايجاد حفره‌هايي در پلاستيک (تريپتاليت پلي اتيلن) در گستره‌ي ۲۵۰ تا ۱۰۰۰نانومتر، آرايه‌اي از جنس همان پياله درست کرده‌اند که قطرهاي متعددي هم دارند. به‌علاوه، از تکنيکي تحت عنوان بخار باريکه‌ي الکتروني استفاده کردند تا يک لايه نقره يا طلا را بر سطح بنشانند. ته نشيني فلزي سطحي فلزي در ته لبه‌ي پياله‌ي توليد مي‌کند که بدون نانوذرات در لبه‌هاي کف ظرف ويژگي مشاهده شده را ندارند. براي ديدن تصاوير مي‌توانيد به مقاله اصلي مراجعه کنيد.

دانشمندان ضخامت‌هاي متفاوتي را براي لايه نشاني يا همان ته نشيني فلزي استفاده کردند. ولي مقاله‌اي که چاپ کردند، هدف ارتفاع ۵۰۰نانومتر و قطر ۱۸۰نانومتر بود. ۹۰ نانومتر هم لايه‌ايست که روي سطح نشانده مي‌شود. ضخامت اين لايه در شدت انتقال نور تأثير دارد. اين تيم به نور از پشت و جلوي شيشه‌اي که با مواد مختلف درون ظرف پُر شده بود، وقتي اتانول در آن بود نارنجي، و وقتي با آب پُر شده بود سبز و وقتي روغن در آن بود، قرمز شد.[در نتيجه کسي که از پياله مي‌نوشيد مي‌توانست بفهمد در ظرف چه چيزي ريخته شده.] آينده ولي اين روش کاربردهاي ديگري هم دارد. مطالعه DNA و واکنشش نسبت به مواد و تغيير رنگ‌ها، بخصوص در واکنش‌هاي پروتئين-پروتئين.

Heide Doss

پياله‌اي که در تصوير زير مي‌بينيد قدمتي ۱۶۰۰ ساله دارد، و اخيراً موضوع پژوهشي در چند حوزه‌ مطالعاتي شده. وقتي نور به‌طور مستقيم به پياله بتابد، سبز به نظر مي‌رسد. وي وقتي از پُشت به آن نور برخورد مي‌کند، قرمز مي‌شود. اخيراً از پژوهشگران دليل اين ويژگي نوري پرده‌برداري کردند و حالا به دنبال کاربردهاي آن هستند. 

اسطوره

اين پياله پس از پادشاه ليکورگوس تَراکيه (يونان صغير) به نام وي و به بهانه‌ي نقش تاکستان‌هاي مو در زمان او و به‌نام او، جام ليکورگوس ناميده شد. ولي مطابق داستان‌هاي اساطيري براي حمله به ديونيسوس، الهه تاکستان‌هاي اساطير يوناني، اينطور نقش شده که در تصوير هم مي‌بينيد. آمبروسا، به معناي شهد يا غذاي الهه‌ها، زمين با عنوان مادر-زمين ناميده شد، که مواد خام خوارکي و نوشيدني مي‌ساخت. بر پياله نقشي با شيشه‌ي ضخيم زده شد که بر پايه‌اي فلزي قرار مي‌گيرد.

اين پياله دو رنگ است: وقتي نور از پُشت به آن برخورد مي‌کند، آن را قرمز و وقتي از جلو نور برخورد مي‌کند، سبز به نظر مي‌رسد. ولي دانشمندان براي مدتي طولاني نمي‌توانستند از موادي استفاده کنند که کارکرد آن را مشخص کنند. در دهه ۱۹۹۰ گروهي از دانشمندان توانستند با بخش‌هايي از اين پياله که از شيشه‌اش برداشته بودند، و ذرات کوچکي از نقره و طلا به وزن ۵۰ نانوگرم که در شيشه عملاً معلق بودند پژوهش را به سرانجام برسانند. اين نانوذرات فلزي در رنگ‌هاي متفاوتي ديده مي‌شدند. در تصويرهاي زير نمونه‌هاي ديگري از ظروف رنگي را مي‌بينيد که همچون پنجره‌هاي رنگي بخصوص در ونيز که جزء مراکز توليد شيشه رنگي بود، بسيار مورد توجه فيزيکدانان و همينطور تاريخ‌نگاران قرار گرفته.

تغيير رنگ‌ها

وقتي نور از اين ظرف عبور مي‌کند، نانوذرات طلا و نقره هستند که نور را پراکنده مي‌کنند. اين پراکندگي نوري باعث مي‌شود نور بازتابي سبز و بعد با گذر از هواي داخل ظرف به نور قرمز قطبيده شود (در فيزيک نور اين فيلترينگ نوري به قطبش معروف است). براي آزمايش از هيچ ماده‌ مياني ديگري استفاده نشد. ولي جالب بود که با تغيير مواد مختلف که داخل ظرف قرار مي‌گرفت، رنگ‌ها تغيير مي‌کرد. دانشمندان بر اين باورند، اين تغيير رنگ را براي آزمون‌هاي رنگ سنجي استفاده کنند. در اين نوع آزمون‌ها رنگ‌ها از هم جدا مي‌شود. آزمون‌هاي زيادي چون بارداري تا ادرار از اين جمله‌اند. آخرين پژوهش‌ها بر روي مواد مينياتوري اين پياله نشان مي‌دهد که هوا باعث سبزي و قرمزي مذکور مي‌شود. وقتي اين ظروف کوچک را آب نمک، آب شکر، روغن و ديگر مواد پُر کردند، ديدند رنگ‌هاي مختلفي از چمله سبز، زرد، قرمز، و نارنجي در طيف ظاهر شد.

کاربردهاي نوين

اين پياله بسياري از فيزيکدانان نانوپلاسمونيک پژوهشگران کاربردهاي پلاسمون‌هاي سطحي را مجذوب خود کرده. پلاسمون‌هاي سطحي امواج الکترون‌هاي آزاد در گاز فلزي هستند که مي‌توانند با نور نانوذرات جفت شوند. الکترون‌هاي آزاد تمام نقاط گاز فلزي به راحتي در يک اتم فلزي ديگر حرکت کرده و به همين دليل است که آنها را الکترون‌هاي آزاد مي‌ناميم.

وقتي يک لايه‌ي مقيد بين اتم‌هاي فلزي و ماده‌اي ديگر مثلآً شيشه (يک عايق) وجود دارد. اين الکترون‌‌هاي نوساني مي‌توانند انتشار موج الکترومغناطيس مرئي را در طول اين مقطع مقيد نگه دارند. اين امواج را SPPs يا سطح-پلاسمون-پولاريتون مي‌نامند. رنگ نور مشاهده شده، باني همان تشديدهايي است که به‌وسيله‌ي سطح پلاسموني نگه‌داشته شده.

اين تيم پژوهشي با ايجاد حفره‌هايي در پلاستيک (تريپتاليت پلي اتيلن) در گستره‌ي ۲۵۰ تا ۱۰۰۰نانومتر، آرايه‌اي از جنس همان پياله درست کرده‌اند که قطرهاي متعددي هم دارند. به‌علاوه، از تکنيکي تحت عنوان بخار باريکه‌ي الکتروني استفاده کردند تا يک لايه نقره يا طلا را بر سطح بنشانند. ته نشيني فلزي سطحي فلزي در ته لبه‌ي پياله‌ي توليد مي‌کند که بدون نانوذرات در لبه‌هاي کف ظرف ويژگي مشاهده شده را ندارند. براي ديدن تصاوير مي‌توانيد به مقاله اصلي مراجعه کنيد.

دانشمندان ضخامت‌هاي متفاوتي را براي لايه نشاني يا همان ته نشيني فلزي استفاده کردند. ولي مقاله‌اي که چاپ کردند، هدف ارتفاع ۵۰۰نانومتر و قطر ۱۸۰نانومتر بود. ۹۰ نانومتر هم لايه‌ايست که روي سطح نشانده مي‌شود. ضخامت اين لايه در شدت انتقال نور تأثير دارد. اين تيم به نور از پشت و جلوي شيشه‌اي که با مواد مختلف درون ظرف پُر شده بود، وقتي اتانول در آن بود نارنجي، و وقتي با آب پُر شده بود سبز و وقتي روغن در آن بود، قرمز شد.[در نتيجه کسي که از پياله مي‌نوشيد مي‌توانست بفهمد در ظرف چه چيزي ريخته شده.] آينده ولي اين روش کاربردهاي ديگري هم دارد. مطالعه DNA و واکنشش نسبت به مواد و تغيير رنگ‌ها، بخصوص در واکنش‌هاي پروتئين-پروتئين.

Heide Doss