科技日報(bào)記者 張夢然

這是大自然在納米尺度上寫下的精妙光學(xué)詩篇。

在加拿大阿爾伯塔省的荒野深處，埋藏著仿佛不屬于地球的斑彩石。它不像普通的化石那樣灰暗沉悶，反而閃爍著霓虹燈般的色彩：綠如深海，紅似火焰，藍(lán)若極光，紫如暮靄。轉(zhuǎn)動(dòng)它，顏色便隨之流動(dòng)變幻，如同把整個(gè)彩虹封存進(jìn)了巖層。它的精彩不輸寶石，但其真實(shí)身份，是一塊距今7000萬年的菊石殼化石——一種早已滅絕的海洋生物的遺骸。

可為什么一塊死去的貝殼，能比活著的珊瑚還要絢麗？長久以來，科學(xué)家推測它的美來自貝殼內(nèi)部一種叫珍珠層的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)由無數(shù)極薄的霰石礦物片層堆疊而成，層與層之間夾著微量的有機(jī)物質(zhì)，就像千層蛋糕一樣精密。當(dāng)光線照進(jìn)去，會在這些微小的層間反復(fù)反射、干涉，最終把白光“拆解”成五顏六色的光譜，就像水面上的油膜或孔雀羽毛那樣。

但這一切終究只是推測。沒人真正親眼見證其發(fā)生。

日本慶應(yīng)義塾大學(xué)的科學(xué)家決定一探究竟。他們從阿爾伯塔取來最典型的斑彩石樣本，用電子顯微鏡一層層“拆開”觀察，仿佛在解剖一段遠(yuǎn)古的光學(xué)密碼。他們還找來了其他“親戚”做對比：馬達(dá)加斯加的古老菊石化石、現(xiàn)代的鮑魚殼，還有活化石鸚鵡螺的殼。這些生物都擁有珍珠層，但它們的殼要么暗淡無光，要么只泛著柔和的虹彩。

秘密終于被揭開。

原來，所有樣本的珍珠層都是由霰石片層堆疊而成，但斑彩石的結(jié)構(gòu)格外“講究”，它的片層之間留有極其精確的4納米寬的空隙。這大約是頭發(fā)絲直徑的十萬分之一！正是這個(gè)微小卻關(guān)鍵的間隙，讓光線在其中發(fā)生強(qiáng)烈的反射與干涉，激發(fā)出最飽和、最明亮的色彩。更神奇的是，這些片層厚度幾乎完全一致，排列也極為規(guī)整，就像由納米級的工匠精心打造，確保每一道光都按預(yù)定路徑跳舞。

相比之下，其他化石或貝殼的層間間隙更大，或者被有機(jī)物填滿，甚至厚薄不一、排列雜亂，導(dǎo)致光線散射無序，色彩自然就顯得暗淡或模糊。

換句話說，斑彩石之所以如此奪目，不是因?yàn)樗案瘛被颉案病保且驗(yàn)樗案鼫?zhǔn)”，它的微觀結(jié)構(gòu)恰好達(dá)到了光學(xué)設(shè)計(jì)的完美平衡。

這個(gè)發(fā)現(xiàn)的意義，遠(yuǎn)不止解開一塊石頭的美麗之謎。科學(xué)家相信，斑彩石的結(jié)構(gòu)可以成為未來顏料設(shè)計(jì)的藍(lán)圖——一種不需要化學(xué)染料、永不褪色的“結(jié)構(gòu)色”顏料。未來的汽車漆、繪畫顏料甚至手機(jī)外殼，可能都不再依賴會氧化、會分解的色素，而是像斑彩石一樣，用精密的微觀結(jié)構(gòu)“制造”顏色，歷久彌新。