Color from hierarchy: Diverse optical properties of micron-sized spherical colloidal assemblies
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Notice bibliographique
Résumé
Materials in nature are characterized by structural order over multiple length scales have evolved for maximum performance and multifunctionality, and are often produced by self-assembly processes. A striking example of this design principle is structural coloration, where interference, diffraction, and absorption effects result in vivid colors. Mimicking this emergence of complex effects from simple building blocks is a key challenge for man-made materials. Here, we show that a simple confined self-assembly process leads to a complex hierarchical geometry that displays a variety of optical effects. Colloidal crystallization in an emulsion droplet creates micron-sized superstructures, termed photonic balls. The curvature imposed by the emulsion droplet leads to frustrated crystallization. We observe spherical colloidal crystals with ordered, crystalline layers and a disordered core. This geometry produces multiple optical effects. The ordered layers give rise to structural color from Bragg diffraction with limited angular dependence and unusual transmission due to the curved nature of the individual crystals. The disordered core contributes nonresonant scattering that induces a macroscopically whitish appearance, which we mitigate by incorporating absorbing gold nanoparticles that suppress scattering and macroscopically purify the color. With increasing size of the constituent colloidal particles, grating diffraction effects dominate, which result from order along the crystal's curved surface and induce a vivid polychromatic appearance. The control of multiple optical effects induced by the hierarchical morphology in photonic balls paves the way to use them as building blocks for complex optical assemblies--potentially as more efficient mimics of structural color as it occurs in nature.
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Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
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score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle