Umělci a tvůrci po staletí hledali svatý grál barev: zářivý, dlouhotrvající červený pigment, který je jak brilantní, tak dlouhotrvající. Navzdory pokroku v chemii zůstává tento nepolapitelný odstín nepolapitelný a představuje potenciální stav pro každého, kdo jej dokáže syntetizovat. Globální trh s anorganickými pigmenty má již nyní hodnotu více než 28 miliard dolarů ročně a poptávka po průlomu v červené barvě je obrovská.
Historický boj o zářivé červené odstíny
První červené byly odvozeny z hornin obsahujících oxidy železa a vytvářely zemité tóny, které přetrvaly po tisíciletí, jak dokazují 20 000 let staré jeskynní malby ve Francii. Historicky však skutečně výrazné červené barvy závisely na toxických kovech, jako je kadmium a rtuť. Vzhledem k tomu, že tyto materiály jsou z bezpečnostních důvodů stále více omezovány, ukázalo se, že hledání náhrad je mnohem obtížnější úkol, než se očekávalo. Organické pigmenty mohou vytvořit zářivou červenou, ale jejich chemická křehkost znamená, že rychle vyblednou – ikonická červená Ferrari vyžaduje drahý UV nátěr, aby se zabránilo vyblednutí barvy.
Náhodný objev YInMn Blue
Chemik Mas Subramanian narazil na revoluční modrý pigment v roce 2008 při výzkumu počítačových materiálů na Oregonské státní univerzitě. Objev modré YInMn – kombinace yttria, india a manganu – byl náhodný, spíše výsledkem nekonvenčního experimentování než záměrného návrhu. Jeho původní návrh financování ani nezmiňoval objev pigmentu; byl to šťastný vedlejší produkt výzkumu materiálové vědy.
Pigment rychle získal uznání pro svou stabilitu a jedinečný odstín, našel využití v barvách, chladicích nátěrech budov a dokonce i pro umělecké účely. Vzácné prvky potřebné pro jeho syntézu však zdražují hromadnou výrobu.
Věda o barvách: Zlomená symetrie a atomová struktura
Subramanianovo dílo přesunulo jeho pozornost ke složitosti barev na atomové úrovni. Zjistil, že barva závisí na tom, jak světlo interaguje s elektrony v materiálech. Materiál se jeví jako červený, protože odráží červené světlo a zároveň absorbuje ostatní, ale nejjasnější pigmenty odrážejí pouze požadovanou barvu bez spektrální ztráty. To závisí na tom, jak jsou atomy uspořádány, přičemž vysoce symetrické struktury často potlačují elektronické přechody potřebné pro zářivé odstíny.
K dosažení zářivých barev začal Subramanian používat asymetrii, záměrně narušující symetrii, aby umožnil elektronům přeskakovat mezi energetickými hladinami způsoby, které by za normálních okolností kvantová fyzika zakázala. Experimentoval s chromem v neobvyklých strukturách, inspirovaných měsíčními vzorky hornin obsahujícími vzácné útvary Cr2+, které vykazují červené purpurové odstíny.
Budoucnost červené: Závodit s chemií
Navzdory pokroku stále neexistuje skutečná, stabilní a dostupná barva červené. Úkolem je vytvořit v pigmentech asymetrii a zároveň zajistit odolnost vůči vlhkosti, slunečnímu záření a výrobě ve velkém měřítku. Subramanian nadále zdokonaluje svůj přístup a kombinuje nekonvenční atomová uspořádání s polovodičovými materiály, aby posunul hranice chemické chemie.
Honba za dokonalou červenou není jen vědecká honba, ale také závod o potenciální miliardový jackpot. Přístup chemika zůstává platný, ale štěstí a náhoda mohou stále hrát roli při odemykání konečného průlomu.
