马萨诸塞州坎布里奇——在哈佛大学的皮尔斯大厅里，一块镀有锗的小金箔表面闪耀着鲜红的光芒。在右边一厘米处，同样的金属涂层实际上只有大约20个原子厚，表面是深蓝色的，几乎是黑色的。这些颜色构成了哈佛大学工程与应用科学学院(SEAS)的研究人员展示了一种新的方法，通过利用一种完全被忽视的光学现象来定制金属表面的颜色。

几个世纪以来，人们一直认为薄膜干涉效应，比如那些使油性路面反射出彩虹般的旋转颜色的效应，不可能在不透明材料中发生。188金宝搏bet官网哈佛大学的物理学家们现在发现，即使是非常“有损”的薄膜，如果只有原子那么薄，也可以被调整成反射特定范围的戏剧性和生动的颜色。

发表在杂志上自然材料188金宝搏bet官网(在线)10月14日，这一发现为复杂的光学设备以及珠宝等消费品和视觉艺术的新技术开辟了新的可能性。

这一发现是由费德里科·卡帕索(Federico Capasso)、罗伯特·l·华莱士(Robert L. Wallace)应用物理学教授和文斯顿·海斯(Vinton Hayes)在SEAS电气工程高级研究员的实验室最新发现，他们的研究小组最近生产了超薄平面透镜而且针状光束掠过金属表面。卡帕索最近工作的共同主线是在纳米尺度上设计的材料界面上对光的操纵，这一领域被称为纳米光子学。188金宝搏bet官网研究生和主要作者米哈伊尔·a·卡特斯(Mikhail A. Kats)将这一主题带入了色彩领域。

卡帕索说:“在我的团队中，我们经常重新审视那些你认为一切都已经知道的旧现象。“如果你有一双敏锐的眼睛，就像我的许多学生一样，你可以发现被忽视的令人兴奋的事情。在这种特殊情况下，工程师们几乎有一种偏见，如果你使用干涉，波必须反弹很多次，所以材料最好是透明的。米哈伊尔所做的——不可否认，这很容易计算——是为了表明，如果你使用像锗这样的吸光膜，比光的波长薄得多，那么你仍然可以看到巨大的干涉效应。”

其结果是一种结构只由两种元素组成，金和锗(或许多其他可能的配对)，无论你选择什么颜色，它都会发光。

卡帕索解释说:“我们都熟悉这种现象，当你在雨天看到道路上有一层汽油薄膜时，你会看到所有这些不同的颜色。”

这些颜色的出现是因为光波的波峰和波谷在穿过石油进入水下并反射回空气时相互干扰。一些颜色(波长)的亮度(振幅)会增强，而其他颜色则会减弱。

这本质上与Capasso和Kats以及合作者Romain Blanchard和Patrice Genevet所利用的效果相同。吸收锗涂层捕获某些颜色的光，同时翻转其他颜色的相位，使波峰和波谷紧密排列，反射出纯净、鲜艳的颜色。

“我们没有试图将光学损耗最小化，而是将它们作为薄膜涂层设计的一个组成部分，”Kats指出。“在我们的设计中，反射和吸收相互配合，以达到最大的效果。”

然而，最令人惊讶的是，涂层上仅仅几个原子厚度的差异就足以产生戏剧性的颜色变化。锗薄膜是通过标准的制造技术——光刻和物理气相沉积应用的，研究人员将其与模版和喷漆进行了比较——因此只需少量的材料(厚度在5到20纳米之间)，就可以很容易地在任何大小的表面上绘制出精美的彩色图案。

卡帕索说:“只要改变薄膜的厚度约15个原子，就可以改变颜色。”“这是了不起的。”

研究人员已经对银进行了同样的处理，使它看起来像金色，以及一系列柔和的颜色。

哈佛大学技术开发办公室已经提交了专利申请，并正在与卡帕索实验室合作，通过初创公司或现有公司的许可来实现这项新技术的商业化。正在探索的应用领域包括消费产品和光学器件，如滤波器、显示器、光伏、探测器和调制器。