El vidrio romano de 2000 años de antigüedad se transforma en algo hermoso
Hace dos milenios, delicados recipientes de vidrio que potencialmente servían como recipientes para vino, agua y fragancias exóticas en la antigua Roma, se hicieron añicos y sufrieron su prematura desaparición. Encontraron su camino hacia las capas de la tierra, pasando por los cambios ambientales que acompañan a la erosión y la corrosión, sujetos a la humedad, temperatura, exposición a minerales, entre otros. En su forma actual, estos fragmentos de vidrio romano presentan una gama de magníficos colores en el espectro, desde azules cerúleos hasta notas de naranja vibrante.
Cuando Fiorenzo Omenetto, científico de materiales de la Universidad de Tufts y coautor del nuevo artículo, identificó un fragmento durante una visita al Centro de Tecnología del Patrimonio Cultural del Instituto Italiano de Tecnología, ¡tuvo un momento eureka! Este fragmento en particular, llamándolo "vidrio sorpresa", fue descubierto cerca de la antigua ciudad de Aquileia, Italia. El fragmento se puso bajo la lente científica y dio lugar a la publicación de un nuevo y brillante estudio en las Actas de la Academia Natural de Ciencias (PNAS).
Corrosión y erosión: la naturaleza, el nanofabricante definitivo
A lo largo de miles de años, las moléculas dentro del vidrio sufrieron una transformación notable, sufriendo reordenamiento y recombinación con minerales. Este intrincado proceso condujo a la formación de lo que científicamente se conoce como cristales fotónicos: disposiciones atómicas ordenadas con precisión que poseen la capacidad única de filtrar y reflejar la luz de maneras muy específicas. Estos exquisitos artefactos de vidrio frecuentemente encuentran nueva vida como componentes de joyería, mientras que sus contrapartes más grandes e intactas a menudo adornan las exhibiciones de estimados museos.
Una pequeña muestra de la pátina "dorada" de una pieza de vidrio romano. (Florenzo Omenetto y Giulia Guidetti/PNAS)
A menudo se cree que la naturaleza es la nanofabricante definitiva. Las aplicaciones de los cristales fotónicos en la tecnología moderna pueden servir como componentes básicos para la creación de guías de ondas, interruptores ópticos y otros dispositivos de vanguardia que permiten comunicaciones ópticas ultrarrápidas dentro de las computadoras y a través de Internet.
El “vidrio sorpresa” llevó a los investigadores a darse cuenta pronto de que lo que estaban observando era la nanofabricación de cristales fotónicos por naturaleza. "Es realmente sorprendente que tengas vidrio que haya estado en el barro durante dos milenios y termines con algo que es un ejemplo de libro de texto de un componente nanofotónico", dijo Omenetto.
En virtud de su capacidad diseñada para bloquear selectivamente longitudes de onda de luz específicas y al mismo tiempo permitir el paso de otras, los cristales fotónicos desempeñan un papel fundamental en el desarrollo de filtros, láseres, espejos e incluso dispositivos antirreflectantes (ocultos).
Los autores de este estudio han profundizado en las intrincadas estructuras atómicas y minerales que surgieron de los componentes minerales y de silicato originales del vidrio. Este proceso fue modulado por factores como los niveles de pH del entorno circundante y los niveles fluctuantes de agua subterránea dentro del suelo, informa un comunicado de prensa de la Universidad de Tufts.
"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”.
Del estudio se representan diversas vistas del fragmento de vidrio romano envejecido y su pátina iridiscente. (Giulia Guidetti/Tufts University)
Realización de un análisis químico de vidrio romano: alternancia de capas de silicona y pátina
El análisis químico realizado por el equipo del Instituto Italiano de Tecnología fechó el fragmento de vidrio en un período que abarca desde el 100 a. C. hasta el 100 d. C., con indicios que apuntan a su origen en las arenas de Egipto, lo que sugiere un comercio global durante esa época. La mayor parte del fragmento conservó su tono verde oscuro original, mientras que una pátina de un milímetro de espesor en su superficie exhibía un reflejo dorado casi impecable, similar a un espejo, informa Ars Technica.
El resultado es una disposición increíblemente ordenada de cientos de capas de materia cristalina. Omenetto y Guidetti utilizaron un novedoso microscopio electrónico de barrido capaz no sólo de revelar la estructura del material sino también de proporcionar un análisis elemental. Guidetti explicó: "Básicamente, es un instrumento que puede decirte en alta resolución de qué está hecho el material y cómo se ensamblan los elementos".
Su examen reveló que la pátina poseía una estructura jerárquica que consistía en capas de sílice que se alternaban regularmente, cada una de ellas de micrómetros de espesor y de diferente densidad, similar a los reflectores conocidos como "pilas de Bragg". Cada pila de Bragg mostró un fuerte reflejo de longitudes de onda de luz específicas y relativamente estrechas. La apariencia de espejo dorado de la pátina fue el resultado del apilamiento vertical de múltiples pilas de Bragg.
"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", explicó Omenetto.
El vidrio representa una oportunidad para comprender la historia ambiental de un terreno en constante cambio, debido a la evolución de la ciudad. Esto ayudará a comprender las historias naturales de muchos lugares que poseen estos fragmentos incrustados en el suelo en el futuro.
Imagen de portada: Una perspectiva ampliada de los cristales fotónicos presentes en la superficie del vidrio romano antiguo. Fuente: Giulia Guidetti/Tufts University
Autor Sahir Pandey
Referencias
Guidetti, G. et al. 2023. Photonic crystals built by time in ancient Roman glass. Proceedings of the Natural Academy of Sciences, 120 (39). Disponible en: https://doi.org/10.1073/pnas.2311583120.
Ouelette, J. 2023. Ancient Roman “wow glass” has photonic crystal patina forged over centuries. Disponible en: https://arstechnica.com/science/2023/09/ancient-roman-wow-glass-has-photonic-crystal-patina-forged-over-centuries/.
Silver, M. 2023. Buried Ancient Roman Glass Formed Substance with Modern Applications. 2023. Disponible en: https://now.tufts.edu/2023/09/18/buried-ancient-roman-glass-formed-substance-modern-applications.
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