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1 つのオブジェクトが 2 つの異なる色で表示されることはありますか?

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Lycurgus カップは、ナノ粒子の存在により二色性を示す古代ローマの飲用カップです。

下のアニメーションをご覧ください。見ていて困惑しませんか?ボールは箱にぶつかると緑色に変わり、通り抜けると赤色に変わります。そんなことがあるものか?なぜ?このようなことは実生活で可能ですか?

これに似た物体が存在すると言ったらどうしますか?ただし、色が変わるのは入射光であるため、ボールを投げる必要はありません。これから探索しようとしているオブジェクトは、有名な「リュクルガス カップ」と呼ばれています。

リュクルガスカップ

リュクルゴス カップは、西暦 4 世紀にさかのぼるガラス製の古代ローマのコップです。このカップの最も魅力的な点は、二色性を示すことです。つまり、カップは反射光にさらされると緑色に見え、透過光があると赤く見えます。

ディアトレタムです またはケージカップ 、内側のビーカーと、本体から際立つ外側の飾りケージで構成されています。カップは高さ15.9cm、幅約13cmです。

反射光でのリュクルガス カップと透過光でのリュクルガス カップ (写真提供者:大英博物館コレクション/ウィキメディア コモンズ)

Lycurgus カップの色が変わるのはなぜですか?

カップのダイクロイック効果は、金と銀のナノ粒子の存在によるものです .

はい!あなたはその権利を読みます。このカップは、ナノテクノロジーが最初から私たちの生活の一部であり、文明の初期においても素晴らしい職人技を完成させるためにどのように使用されたかを示す好例です.

原子間力顕微鏡を使用してカップを分析した後、カップ内に存在するナノ粒子の組成が決定され、そのサイズは最大 100 nm でした。

なぜ金と銀の色は金と銀ではないのですか?

金は金色、銀は銀色であることはよく知られていますが、なぜこれらのカップは代わりに赤と緑の色を示しているのでしょうか?それらは、通常の色合いとはまったく異なる 2 つの色です。

ここでナノ粒子の美しさが発揮されます。

材料の粒子のサイズと形状が小さくなると、光学特性が大幅に変化します。ナノ粒子の光学的および電子的特性は、そのサイズ、形状、および凝集状態に強く依存します。それらが示す色は、表面プラズモン共鳴と呼ばれる現象によるものです。 SPR に直接飛び込む前に、いくつかの関連する用語と概念について簡単な類推を通して学びましょう。

教室での例え

教室のシナリオを想像してみましょう。テーブルがどのように配置され、どのように生徒がそれぞれの場所に座らされるかはわかっていますが、すべての生徒がこの規則に従うわけではありません。クラスの中を歩き回るのが好きで、常にエネルギーレベルが高いように見える人もいます.

従順な生徒の中には、歩き回っている生徒を元の場所に戻そうとする人もいるかもしれませんが、彼らの努力は無駄です。厳格な教師は、しばらくの間彼らを封じ込めるかもしれませんが、彼らと同じ雰囲気とエネルギーを持った教師だけが、理解して吸収できる方法で真に知識を伝えることができます.

Classroom と金属の Drude モデルの比較

プラズマ振動とプラズモン

Drude モデルによると、金属は固定された陽イオンからできており、そこからいくつかの自由電子が切り離されていると考えられていました。定義上、これはプラズマを形成します。

このような単一の正の原子核と、分離した電子があると仮定しましょう。

電子がその平衡位置から移動すると、正の原子核が電子に静電引力を及ぼし、元の位置に戻ろうとします。この繰り返し作用により、電子は振動します。どんな物質にも膨大な数の電子と正の原子核が含まれていることがわかっています。したがって、シナリオは、正の原子核層の上にある自由電子の海と見なすことができます。

この自由電子の海の集団振動をプラズマ振動と呼ぶことができます。この振動の量子はプラズモンと呼ばれます。この振動には、プラズマ周波数​​と呼ばれる周波数があります。

これらの周波数では、EM 放射の吸収が強化されます。

表面プラズモン共鳴

入射光の周波数がプラズマ周波数​​と一致すると、共鳴が発生します。これは、表面プラズモン共鳴と呼ばれます。

この現象の間、一部の波長は吸収され、一部は散乱されます。プラズモンによって吸収される波長は、吸収曲線のくぼみとして見ることができます。この吸収が発生する波長は、粒子のサイズ、形状、および凝集状態に強く依存します。

異なるサイズの金ナノ粒子が示すさまざまな色。 (写真提供:ニコニアンマン/クリエイティブ・コモンズ)

サイズが約 30 nm の金ナノ粒子の場合、吸収は可視スペクトルの青緑色部分で発生し、赤色光を反射します。銀ナノ粒子の場合、吸収は約 400 nm で発生し、緑色の光を反射します。カップには銀と金の両方のナノ粒子が含まれているため、カップのダイクロイック効果を確認できます。二色性は「リカーガス効果」とも呼ばれます。

カップに描かれた物語

リュクルゴス カップのもう 1 つの魅力的な特徴は、その外側の装飾です。複雑に彫られており、リュクルゴス王がディオニュソスに対する罪で罰せられるという物語が描かれています。

トラキアの王リュクルゴスは罪のない人々を攻撃し始めた。ワインとエクスタシーの神であるディオニューソスが彼の土地を横切っていると聞いたとき、彼は彼を捕まえようとしました。ディオニュソスは逃げたので、リュクルゴスは代わりに彼のニンフを捕まえます。そのようなニンフの 1 つは Ambrosia と呼ばれていました。

捕らえられたアンブロシアは母なる大地に助けを求める。彼女はつるとして戻ってきて、Lycurgus を巻き込み、他のニンフが彼を罰するための標的にします。ゼウスが介入してリュクルガスを救いますが、彼の無慈悲な行為に対する罰として、ゼウスはリュクルガスを盲目の放浪者に変えてしまいます。

カップには、Lycurgus がつるに絡まっていて、Ambrosia がそばで嘆願している様子が描かれています。

結論

Lycurgus カップは、何世紀にもわたって美的に人々を魅了してきただけでなく、新しいテクノロジーにも影響を与えてきました。そのような技術的発見の 1 つがナノ LCA です。生体分子の検出に使用できるプラズモニック センサーです。

カップの初期の歴史は不明ですが、ロスチャイルド家が購入し、後に大英博物館に売却されました。このカップは現在、ロンドンの大英博物館に保管されています。


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