Tia X hé lộ cấu trúc lông chim bói cá với độ chi tiết chưa từng có.

Tác giả dangkhoa 25/02/2026 21 phút đọc

Tia X hé lộ cấu trúc lông chim bói cá với độ chi tiết chưa từng có.

Hình ảnh chụp bằng bức xạ synchrotron cho thấy một cấu trúc nano xốp, gần giống như bọt biển, tạo ra các sắc thái màu tươi sáng.

Chim bói cá rừng với bộ lông màu xanh lam rực rỡ đang bay giữa không trung ở Queensland.
 

Ở Trung Quốc thời nhà Thanh, các nghệ nhân đã làm tăng thêm vẻ đẹp cho các tác phẩm trang trí bằng cách kết hợp lông chim bói cá óng ánh – một kỹ thuật được gọi là tian-tsui . Các nhà khoa học tại Trung tâm Nghiên cứu Khoa học về Nghệ thuật của Đại học Northwestern đã sử dụng kỹ thuật chụp ảnh tia X năng lượng cao để đạt được độ phân giải nano chưa từng có về cấu trúc độc đáo của những chiếc lông chim đó, và trình bày những phát hiện của họ tại cuộc họp thường niên của Hiệp hội Khoa học Tiến bộ Hoa Kỳ.

Như đã đưa tin trước đó , thiên nhiên là cỗ máy chế tạo nano tối thượng. Màu sắc óng ánh rực rỡ trong cánh bướm , bong bóng xà phòng , ngọc opal hay vỏ bọ cánh cứng không đến từ bất kỳ phân tử sắc tố nào mà từ cấu trúc của chúng— các tinh thể quang học tự nhiên . Trong tự nhiên, vảy chitin (một loại polysaccharid phổ biến ở côn trùng), chẳng hạn, được sắp xếp giống như ngói lợp. Về cơ bản, chúng tạo thành một lưới nhiễu xạ , ngoại trừ tinh thể quang học chỉ tạo ra các màu sắc, hay bước sóng, ánh sáng cụ thể, trong khi lưới nhiễu xạ sẽ tạo ra toàn bộ quang phổ, giống như một lăng kính. Trong trường hợp lông chim bói cá, màu sắc là do các đường gờ siêu nhỏ bao phủ các hàng sợi keratin song song mọc dọc theo trục trung tâm.

Còn được gọi là vật liệu khe hở băng tần quang học, tinh thể quang học là loại “có thể điều chỉnh”, nghĩa là chúng được sắp xếp chính xác để chặn một số bước sóng ánh sáng nhất định trong khi cho phép các bước sóng khác đi qua. Bằng cách thay đổi cấu trúc bằng cách thay đổi kích thước của các mảnh ghép, tinh thể sẽ trở nên nhạy cảm với một bước sóng khác. Chúng được sử dụng trong truyền thông quang học như ống dẫn sóng và bộ chuyển mạch, cũng như trong bộ lọc, laser, gương và nhiều thiết bị tàng hình chống phản xạ khác nhau.

Nhà thơ thế kỷ 19 Gerard Manley Hopkins đã ca ngợi bộ lông rực rỡ của chim bói cá trong bài thơ “ Như chim bói cá bắt lửa ”, nhưng các nhà thơ và nghệ sĩ Trung Quốc đã tán dương chúng từ rất lâu trước đó. Nghệ thuật Tian-tsui (“chấm điểm chim bói cá”) là một ví dụ điển hình cho thấy lông chim được trân trọng đến mức nào. Lông chim được cắt và dán lên bạc mạ vàng, dùng để khảm vào các vật dụng như quạt, trâm cài tóc, bình phong, hoặc mũ đội đầu – được sắp xếp cẩn thận theo những họa tiết phức tạp để làm nổi bật màu sắc rực rỡ. Trên thực tế, lông chim bói cá phổ biến đến mức quần thể chim bói cá được tuyên bố là có nguy cơ tuyệt chủng sau Cách mạng Cộng sản Trung Quốc. Xưởng Tian-tsui cuối cùng đóng cửa vào năm 1933

Cấu trúc nano xốp

Quét một tấm bình phong thời nhà Thanh bằng quang phổ huỳnh quang tia X
Mũ Trung Quốc, triều đại nhà Thanh (1644–1912), thế kỷ 18–19, dây vàng, lông chim bói cá, hổ phách, san hô, ngọc bích, ngà voi, thủy tinh và lụa.
Hình ảnh chụp bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) của lông chim bói cá cho thấy cấu trúc nano bán trật tự.
Bằng cách tăng độ phóng đại của hình ảnh hiển vi điện tử quét, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra một cấu trúc xốp ở cấp độ nano.

Nhóm nghiên cứu của Đại học Northwestern bắt đầu nghiên cứu lông chim bói cá trong các vật dụng tian-tsui thông qua nghiên cứu sinh sau tiến sĩ Madeline Meier, người có nền tảng về hóa học và cấu trúc nano và quan tâm đến việc kết hợp chuyên môn đó với nghiên cứu về di sản văn hóa. Bước đầu tiên là xác định loài chim có lông được sử dụng trong các bức bình phong và tấm trang trí thời nhà Thanh, cũng như các vật liệu khác được sử dụng. Các nhà nghiên cứu cẩn thận cạo bỏ các lớp trên cùng và chụp ảnh lông bằng kính hiển vi điện tử quét để có cái nhìn rõ hơn về cấu trúc nano bên dưới. Hình ảnh siêu phổ cho thấy các khu vực khác nhau của các bức bình phong hấp thụ và phản xạ ánh sáng như thế nào.

Nhóm nghiên cứu cũng tận dụng mối quan hệ hợp tác giữa trung tâm và Bảo tàng Field ở Chicago, so sánh những chiếc lông vũ trên màn hình với bộ sưu tập khổng lồ các loài chim được nhồi bông của bảo tàng. Các tấm màn và bảng có chứa lông của chim bói cá thông thường và chim bói cá đầu đen, cũng như vịt trời (được sử dụng để tạo màu xanh lá cây). Cuối cùng, phương pháp huỳnh quang tia X và quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier cho phép họ tạo ra bản đồ về các loại hóa chất khác nhau được sử dụng trong quá trình mạ vàng, chất tạo màu, keo và các vật liệu khác.

Gần đây nhất, phòng thí nghiệm đã hợp tác với Phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne và sử dụng bức xạ synchrotron để có cái nhìn rõ hơn về cấu trúc nano của lông chim bói cá. Bức xạ synchrotron khác với tia X thông thường ở chỗ nó là một chùm tia X cường độ rất cao, mỏng, được tạo ra bên trong một máy gia tốc hạt. Các electron được bắn vào một máy gia tốc tuyến tính (linac), được tăng tốc trong một synchrotron nhỏ, và được đưa vào một vòng lưu trữ, nơi chúng di chuyển với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng. Một loạt nam châm bẻ cong và tập trung các electron, và trong quá trình đó, chúng phát ra tia X, sau đó có thể được tập trung xuống các đường truyền tia.

Điều đó khiến nó trở nên lý tưởng cho việc chụp ảnh không xâm lấn, vì nhìn chung, bước sóng càng ngắn (và năng lượng ánh sáng càng cao), thì càng có thể chụp ảnh và/hoặc phân tích được nhiều chi tiết hơn. Nó đã trở thành một kỹ thuật phổ biến để chụp ảnh các hiện vật khảo cổ dễ vỡ mà không làm hư hại chúng—như mũ đội đầu thời nhà Thanh với các họa tiết khảm lông chim bói cá. Trong trường hợp này, hình ảnh cho thấy các đường vân siêu nhỏ trên lông vũ có cấu trúc bán trật tự, xốp, giống như bọt biển, phản chiếu và tán xạ ánh sáng, do đó tạo cho lông vũ những màu sắc rực rỡ tuyệt đẹp.

“Lông chim bói cá, từ lâu đã được ngưỡng mộ trong thơ ca và nghệ thuật Trung Quốc, có những đặc tính quang học tuyệt vời,” đồng tác giả Maria Kokkori cho biết . “Những phát hiện của chúng tôi không chỉ nâng cao hiểu biết về các chất liệu lịch sử mà còn định hình lại cách chúng ta suy nghĩ về sự đổi mới nghệ thuật và khoa học, cũng như tương lai của các vật liệu bền vững.”

Tác giả dangkhoa Admin
Bài viết trước Giá trị vốn hóa thị trường của Stripe tăng vọt 74% lên 159 tỷ đô la.

Giá trị vốn hóa thị trường của Stripe tăng vọt 74% lên 159 tỷ đô la.

Bài viết tiếp theo

Discord triển khai xác minh độ tuổi toàn cầu: bước đi vì an toàn hay cơn ác mộng quyền riêng tư?

Discord triển khai xác minh độ tuổi toàn cầu: bước đi vì an toàn hay cơn ác mộng quyền riêng tư?
Viết bình luận
Thêm bình luận

Bài viết liên quan

Thông báo

0917111899