Imagínate por un momento que estás paseando por un bullicioso mercado romano de hace unos 2.000 años. Un recipiente de cristal, posiblemente lleno de vino, agua o incluso un perfume exótico, se desequilibra y cae de la mesa de un comerciante y se hace añicos en las calles adoquinadas ¡Limpia el pasillo cinco!
Pero esta vez el barrendero fue torpe. A lo largo de los siglos, la naturaleza ha seguido su curso. Capas de polvo, tierra, fluctuaciones de temperatura y distintos niveles de humedad ocultaron estos fragmentos de vidrio del mundo, pero también los transformaron en algo sorprendente.
Un avance rápido hasta el día de hoy, cuando estos mismos fragmentos han sido redescubiertos en un sitio arqueológico en Italia. Lo que alguna vez fueron fragmentos de vidrio ordinarios ahora exhiben mosaicos iridiscentes de azul, verde y naranja. Algunos incluso brillan con un brillo dorado.
Si bien normalmente es posible encontrar reliquias tan cautivadoras adornando joyas o exhibiciones de museos, para los investigadores Fiorenzo Omenetto y Giulia Guidetti, lo verdaderamente extraordinario es la historia que cuentan estas piezas sobre su transformación. Quedaron atónitos, por ejemplo, al descubrir que los fragmentos de vidrio se combinaron con minerales y durante miles de años adquirieron propiedades físicas análogas a las de los componentes que se encuentran en aplicaciones de alta tecnología.
La ingeniosa artesanía de la naturaleza
Las mentes siempre curiosas de Omenetto y Guidetti, ambos profesores del Silklab de la Universidad de Tufts, profundizaron en el intrigante fenómeno que había convertido el vidrio simple en maravillas relucientes. Lo que descubrieron fue que el vidrio romano se convertía en cristales fotónicos: disposiciones atómicas meticulosamente ordenadas que influyen en la luz de maneras específicas.
Los cristales fotónicos son estructuras con propiedades dieléctricas periódicas que afectan la propagación de ondas electromagnéticas. Por lo general, se fabrican utilizando técnicas de fabricación avanzadas, como la litografía, que permite crear patrones precisos a nanoescala. En el proceso, se organizan sistemáticamente capas o conjuntos de materiales con diferentes índices de refracción, creando periodicidad (disposiciones moleculares repetidas) en una, dos o tres dimensiones. Esta estructura periódica da como resultado una banda prohibida fotónica, que restringe la propagación de ciertas longitudes de onda de luz a través del cristal.
Estos cristales fotónicos desempeñan un papel fundamental en nuestra era digital. Son la columna vertebral de los dispositivos de comunicación óptica ultrarrápida, incluidas las guías de ondas y los conmutadores que alimentan nuestras computadoras e Internet. Además, su capacidad para manipular la luz encuentra aplicaciones en filtros de luz, láseres, espejos e incluso dispositivos sigilosos.
Es una yuxtaposición fascinante: un artefacto de una civilización que es anterior a Internet durante milenios puede de alguna manera adquirir propiedades fundamentales para la comunicación óptica moderna.
“Es como toparse con un ejemplo de libro de texto de un componente nanofotónico en el barro”, comentó Omenetto.
Un descubrimiento accidental envuelto en una belleza resplandeciente
El sorprendente descubrimiento fue inicialmente fortuito. Omenetto estaba visitando el Centro de Tecnología del Patrimonio Cultural del Instituto Italiano de Tecnología cuando un fragmento brillante llamó su atención. El director del instituto le dijo que se trataba de un fragmento de vidrio romano procedente de la antigua ciudad de Aquileia, que los investigadores locales denominaron cariñosamente “vidrio wow”. Fue entonces cuando decidieron mirar más de cerca.
El análisis químico mostró que los fragmentos de vidrio se forjaron inicialmente en algún momento entre el 100 a. C. y el 100 d. C., durante una época en la que Roma pasó de ser una república a un imperio. La sílice procedía de las arenas de Egipto, y quizás el propio vidrio se fabricaba allí, lo que pone de relieve las intensas redes comerciales entre las dos grandes potencias. Pero había mucho más en este cristal chispeante.
Empleando microscopios electrónicos de barrido de última generación, Omenetto y Guidetti pudieron visualizar la intrincada estructura de la pátina que refleja el oro. Observaron lo que parecían pilas de Bragg: capas alternas de sílice que reflejan longitudes de onda de luz específicas.
“Es probable que se trate de un proceso de corrosión y reconstrucción”, dijo Guidetti. “La arcilla circundante y la lluvia determinaron la difusión de minerales y una corrosión cíclica de la sílice en el vidrio. Al mismo tiempo, el ensamblaje de capas de 100 nanómetros de espesor que combinan sílice y minerales también se produjo en ciclos. El resultado es una disposición increíblemente ordenada de cientos de capas de material cristalino”.
Esta idea podría resultar valiosa. ¿Qué pasaría si los investigadores pudieran acelerar este proceso para producir material óptico en masa? ¡En lugar de fabricarlos, podríamos simplemente cultivarlos!
De la decadencia al brillo
Roma, con sus estructuras duraderas como acueductos, caminos y templos, refleja una persistencia similar a la de su vidrio. Las estructuras surgen y caen, influenciadas por las guerras, los cambios sociales y el implacable avance del tiempo. Según Guidetti, así como la ciudad evolucionó, los mismos cristales sobre el vidrio sirven como crónicas de su historia ambiental.
En un mundo donde el pasado y el presente a menudo se entrelazan, estos antiguos fragmentos de vidrio, con sus historias de transformación, nos recuerdan la infinita capacidad de asombro de la naturaleza. ¿Quién hubiera pensado que un simple fragmento de antaño podría iluminar las complejidades de la ciencia moderna? La naturaleza, como siempre, sigue siendo el mayor artista e innovador de todos.
Los hallazgos aparecieron en Proceedings of the National Academy of Sciences.
Fuente: ZME Science.
