这个戴珍珠耳环的女孩的微小复制品是用光“画”出来的。

科学家们已经制造出能够以特定强度传输特定颜色的光的微型纳米管，这为改进光通信和货币防伪措施带来了希望。为了证明概念，他们决定数码复制荷兰大师约翰尼斯·弗米尔的名画“戴着珍珠耳环的女孩”-只是用光线而不是颜料绘制的。他们在最近发表在Optica杂志上的一篇论文中讨论了他们的工作。

美国国家科学技术研究所(NIST)的研究员阿米特·阿格拉瓦尔(Amit Agrawal)说：“复制品的质量，捕捉到了微妙的颜色渐变和阴影细节，简直是非同寻常。”“这部作品相当优雅地架起了艺术和纳米技术之间的桥梁。”

自然界中结构色彩的例子比比皆是。例如，蝴蝶翅膀中鲜艳的颜色不是来自任何色素分子，而是来自翅膀的结构。甲壳素(一种昆虫常见的多糖)的鳞片排列得像屋顶瓦片。本质上，它们形成衍射光栅，除了光子晶体只产生特定颜色或波长的光，而衍射光栅将产生整个光谱，很像棱镜。

科学家们仅通过调整纳米结构的尺寸，就试图用能够产生结构颜色的纳米制造技术来模拟自然。然而，像这样的超表面生成的颜色的亮度是固定的；它们不允许调节亮度来实现在艺术界被称为明暗对比的复杂的光和影的相互作用。

纳米柱是一种形状独特的纳米结构，从底部的柱子逐渐变细到尖尖的顶部。将它们组合成阵列，它们是用更少的材料捕捉光线(高达99%)的极好方法-使它们成为制造太阳能电池板的有前途的替代方案。它们也可以用来制造抗菌表面，就像蝉翅膀上形状相似的小杆子可以通过破裂细胞膜来杀死细菌一样。

纳米管也可以用来产生结构颜色。例如，科学家之前已经用白光照射纳米柱阵列，通过简单地改变纳米柱的大小(宽度)来产生特定的颜色(红、蓝、绿光)。然而，作者指出，虽然这些阵列可以产生鲜艳的颜色，但产生的颜色的亮度(或强度)是固定的，不能调整。亮度级别的变化是再现图像明暗对比的关键。作者写道，通过调整颜色的亮度，生成的阴影渲染效果可以使图像看起来具有更强的空间和立体感。

可以将液晶和电致变色聚合物添加到变形表面阵列中来控制亮度，但是这种控制不能延伸到整个可见光谱范围。而且所需的复杂的电子体系结构使得这些元表面很难适应实际应用。

NIST团队的纳米管解决了其中的许多问题，最显著的是可调谐问题。研究小组在玻璃片上制作了二氧化钛纳米管，使用椭圆形截面而不是圆形截面，这样直径就不均匀，但轴更长，轴更短。通过改变长轴与入射白光的偏振方向的对准，并将其与玻璃片背面的特殊偏振滤光器配对，研究小组能够定制纳米柱透射的光的强度。

原则上，它的工作原理与偏振太阳镜大致相同。偏振的旋转角越大，透射光的强度越大。通过这种方式，科学家们能够控制可见光范围内的颜色和亮度。

弗米尔是一位著名的光影大师，他的画有丰富的明暗对比。因此，当NIST团队寻找一个好的测试候选者，看看他们的技术是否能用光数字再现这幅画时，戴珍珠耳环的女孩是一个自然的选择。首先，他们制作了这幅画的数字复制品，长度只有1毫米，然后利用这些信息设计了一个由数百万纳米管组成的矩阵。由五个纳米柱(一个红色，两个绿色，两个蓝色)组成的组，以所需的角度定向，形成了弗米尔的像素。最后，他们用白光照射母体，制作出一幅毫米大小的原作复制品。

结果证明相当令人印象深刻，甚至捕捉到了画布上的一些油的质地。作者写道，可以观察到，女孩穿着蓝色头巾和金色夹克，里面有白领，呈现出超平滑的亮度过渡，深色的边缘与黑色背景无缝融合。平滑的色调和亮度转换使图像呈现出油画般的质感，优雅地弥合了科学成果和艺术之间的鸿沟。

这些纳米柱亚表面可以用来在光纤中添加特定波长的光，从而更好地控制光纤可以携带的信息量。也有可能使用这种技术将纸币涂上难以伪造的复杂颜色。