Odkrycia dokonali naukowcy z Uniwersytetu w Turku podczas badań nad hackmanitem, czyli minerałem znanym ze swoich właściwości fotochromowych. Potrafi on zmieniać kolor pod wpływem promieniowania ultrafioletowego. Zazwyczaj przechodzi z bieli w odcienie różu lub fioletu, a następnie wraca do pierwotnego wyglądu po naświetleniu światłem białym albo podgrzaniu do około 100 stopni Celsjusza.
Czytaj też: Zwykły minerał i niezwykły wodór. Chińscy naukowcy rozwiązali trzy problemy w jednym procesie
Podczas eksperymentów badacze zastąpili znajdujący się w strukturze hackmanitu sód wapniem. W efekcie otrzymali materiał, który zachowywał się inaczej niż jego wcześniejsza forma. Część próbek zmieniała kolor na żółty, jednak inne pozornie nie reagowały na promieniowanie w sposób widoczny dla człowieka. Dopiero dokładniejsze pomiary pokazały, że również w tych próbkach zachodzi zmiana, tyle że w zakresie bliskiej podczerwieni.
Właśnie ten niepozorny efekt doprowadził naukowców do odkrycia kolejnego minerału. Ten powstał jako produkt uboczny podczas syntezy wapniowego hackmanitu. Choć oba materiały mają taki sam skład chemiczny, różnią się strukturą atomową. W przypadku głównego bohatera tego wpisu występują długie, puste kanały, podczas gdy hackmanit ma charakterystyczne wnęki w swojej strukturze.
Uzyskanie czystej postaci nie było jednak łatwe. Początkowo reakcje chemiczne sprzyjały powstawaniu wapniowego hackmanitu, a nie poszukiwanego materiału. Naukowcy musieli więc zoptymalizować proces produkcji. W pracach wykorzystali między innymi metody uczenia maszynowego opracowane przez specjalistów zajmujących się inżynierią materiałową. Ostatecznie udało się uzyskać możliwie najczystszą formę.
Następnie zespół zbadał, dlaczego materiał zmienia swoje właściwości. Mechanizm okazał się podobny do tego obserwowanego w hackmanicie i jest związany z przemieszczaniem elektronów oraz obecnością wakansów chlorowych w strukturze materiału. To właśnie procesy zachodzące na poziomie atomowym odpowiadają za zmianę właściwości optycznych pod wpływem promieniowania.
Czytaj też: Fizycy odkryli zaskakujące właściwości światła. Pomógł im kapelusz Einsteina
Najbardziej interesujące jest jednak to, że całe zjawisko zachodzi poza zakresem widzialnym dla człowieka. Minerał może zmieniać swoją absorpcję w bliskiej podczerwieni, nie powodując jednocześnie widocznej zmiany koloru. Do wykrycia efektu potrzebny jest spektrometr lub kamera czuła na promieniowanie podczerwone. Co ważne, badacze pokazali, że nie musi to być skomplikowane ani drogie urządzenie. W eksperymencie wykorzystali niedrogą kamerę pozbawioną filtrów odpowiedzialnych za rejestrowanie kolorów.
To właśnie ta cecha może sprawić, iż materiał znajdzie zastosowanie w walce z fałszerstwami. Na banknotach, paszportach czy produktach można byłoby umieszczać oznaczenia, których nie da się zobaczyć gołym okiem. Podczas kontroli specjalna kamera lub czytnik wykrywałby reakcję materiału na podczerwień, potwierdzając autentyczność przedmiotu. Jest jeszcze jeden plus: reakcję w bliskiej podczerwieni można przełączać między stanem aktywnym i nieaktywnym. Oznacza to, że ukryte oznaczenie da się aktywować na potrzeby kontroli, a następnie ponownie uczynić je niewidocznym. Taka możliwość powinna dodatkowo utrudnić osobom zajmującym się podrabianiem produktów wykrycie i odtworzenie zabezpieczenia.
