Per Laser geformte Nanostrukturen ermöglichen dauerhafte Farbbilder

Bunte Bilder dank schillernder Reflexionen

Pfauenfedern schillern in blauen und grünen Farbtönen. Dafür sind keine Pigmente verantwortlich, sondern Lichtreflexionen an mikroskopisch kleinen Luftkammern in den Federn. Dieses Phänomen nutzte eine Forschergruppe nun, um bunte Bilder allein mithilfe von filigranen Nanostrukturen zu erzeugen – ganz ohne Farbstoffe. Wie das Team in der Fachzeitschrift „Science Advances“ berichtet, könnte diese Technik für fälschungssichere Merkmale, neuartige Farbdisplays oder auch zur optischen Datenspeicherung genutzt werden.

„Im Vergleich zu Farbpigmenten basieren diese Strukturfarben auf Material und Geometrie filigraner Schichten“, erläutert Xiaolong Zhu von der Technischen Universität Dänemarks in Lyngby. „Zudem bleichen diese Farben niemals aus.“ Als Träger der bunten Bilder pressten Zhu und seine Kollegen Tausende bis zu 90 Nanometer breite Säulen in einen transparenten, flexiblen Kunststoff. Der Abstand zwischen den Nanosäulen betrug nur 200 Nanometer. Auf die Säulen deponierten sie eine 35 Nanometer dünne Schicht aus dem Halbleiter Germanium, der einen sehr hohen Brechungsindex aufweist.

Blasser Abdruck der „Mona Lisa“ von Leonardo da Vinci.
Filigrane Nanostrukturen erzeugen dieses Bild von Mona Lisa

Je nach Struktur der Nanosäulen und Dicke der Germaniumschicht veränderte sich das Absorptionsverhalten für Licht. Um in diesen Rohling zahlreiche Bildpunkte verschiedener Farben gewissermaßen drucken zu können, nutzten die Forscher einen stark fokussierten Laserstrahl. Je nach Intensität des Lasers schmolz das Material und bildete dabei kontrolliert neue Strukturen aus, die abhängig von ihrer Form blaues, rotes oder gelbes Licht reflektierten. In vielen Versuchen schuf das Team um Zhu zahlreiche farbige Bilder von einer Reproduktion der Mona Lisa über das Porträt von Niels Bohr bis zum Abbild des Kolosseums in Rom.

Die Bilder hatten eine Auflösung von bis zu 120 000 Bildpunkten pro Zoll. Allerdings waren die Kunstwerke mit Kantenlängen von 35 bis 50 millionstel Metern ausgesprochen klein. Und so ließ sich die Farbenpracht ausschließlich unter dem Mikroskop bewundern. „Mit dieser Technik lassen sich alle Farben außer grün drucken“, sagt Zhu. Doch er hofft, diese Lücke mit anderen Materialien als Germanium schließen zu können.

Auch deutlich größere Bildformate hält Zhu in Zukunft für möglich. Anwendungen dieser pigmentfreien Strukturfarben sieht er in niemals ausbleichenden Außenplakaten, Tapeten oder Autolacken. Doch auch fälschungssichere Labels und neue Ansätze für eine optische Speicherung digitaler Daten könnten mit den Strukturfarben nach dem Vorbild von Pfauenfedern entwickelt werden.