Великолепная шхуна «Bluenose» (англ. синеносая) изображена на монете (см. внизу) с правового борта, оседлав яркую пену из волн. Однако бросается в глаза не знаменитый корабль, построенный в Канаде не только для рыбного промысла, но и для участия в Международной рыбацкой гонке (и ставший многократным победителем в ней). Внимание привлекает небо на фоне. Вместо бледно-металлического блеска эта часть коллекционной монеты окрашена, поэтому можно насладиться палитрой яркого заката, которая переходит от золотисто-розового цвета у горизонта к темно-синему около вершины главной мачты корабля.
Примечательно, что этот эффект был достигнут без использования красителей, чернил или пигментов.
«Кроме серебра в этой монете ничего нет!», - утверждает старший менеджер по прикладным исследованиям в Королевском канадском монетном дворе Йен Брукс, держа в обеих руках огромную пятикилограммовую монету.
Монета является одновременно художественным произведением и результатом применения новой технологии, получившей название «плазмоническое окрашивание», которая была разработана монетным двором совместно с исследователями из Университета Оттавы. Технология была создана с помощью пикосекундного лазера, который может бомбардировать свою цель точным высокоэнергетическим импульсом инфракрасного света за одну триллионную секунды. Исследователи обнаружили, что, применяя импульсы правильным образом, они могут на микроскопическом уровне изменить структуру металлической поверхности монеты, чтобы она отражала только определенные длины волн света, поглощая другие. По сути, вместо окрашивания поверхности, эта техника позволяет монете окрашивать свет, который она отражает.
Данная канадская инновация может применяться в будущем в различных сферах: от борьбы с контрафакцией до медицинских сенсоров. Впрочем, для нумизматов (коллекционеров монет, валют и медалей), такая техника является инструментом, позволяющим создавать красочные монеты без добавок и покрытий, которые снизили бы чистоту металла.
«Это потрясающее изобретение, настоящий прорыв в технологии чеканки монет», - отметил Гени Нинхуэйс, президент Королевской канадской нумизматической ассоциации.
Такой отзыв является хорошей новостью для монетного двора, который хочет получить прибыль, выпуская уникальные монеты для коллекционеров.
«Мы хотели создать интересные оптические эффекты на поверхности монет, поэтому мы начали экспериментировать», - объясняет процесс создания технологии доктор Брукс.
Эксперименты обрели новую жизнь, когда в 2012 году Жан-Мишель Гуай, который был аспирантом по физике в Университете Оттавы, начал работу с пикосекундным лазером, недавно приобретенным монетным двором. Для доктора Гуая и его университетских коллег это была уникальная возможность проверить свои теории на практике. Сочетание современной технологии и доступа к огромному количеству драгметаллов, включая золото, серебро и платину, позволило им заняться научными исследованиями, которые нельзя было бы провести в лаборатории университета.
«У нас был уникальный доступ к хранилищу драгметаллов, что дало нам возможности провести качественные эксперименты. Сотрудничая с монетным двором, мы стали мировыми лидерами в нашей области», - отметил доктор Гуай.
Сначала было неясно, к чему все эти эксперименты могут привести. Доктор Гуай сначала использовал лазер как инструмент для гравирования, чтобы понять, сможет ли он нанести тонкие линии на серебряную поверхность для создания эффекта радуги с помощью дифракции (то же самое явление можно наблюдать, когда свет отражается на обратной поверхности компакт-диска).
Он хотел понять, как серебро отреагирует на энергию от импульсного лазера. Оказалось, что чистое серебро плавится и разбрызгивает микроскопические капли вокруг места, где лазерный импульс контактировал с поверхностью.
Доктор Гуай искал пути решения этой проблемы, но заметил, что серебро с которым он работал пожелтело в том месте, где его ударил лазер. «Я пытался стереть желтизну», - сказал он, описывая свои первые попытки избавиться от неожиданного изменения цвета.
Заинтересовавшись этим эффектом, он начал исследовать его. Вскоре ученый обнаружил, что можно создавать пурпурный и синий цвета, изменяя характеристики лазерных импульсов. Со временем, он и его коллеги научились создавать полную палитру цветов. Затем он обнаружил, что при определенных условиях, он может воспроизвести тот же эффект на других металлах, включая золото. Важно отметить, что в отличие от дифракции, цвет от плазмонического окрашивания не изменяется под углом обзора, хотя чем быстрее проходит лазер, тем цвета оказываются более мягкими и пастельными.
Объяснение происходящего заключается в том, что капли, образованные лазером и их среднее разделение немного меньше, чем длины волн различного цвета видимого света. В масштабе миллиардных долей метра, распределение капель может повлиять на то, как металл будет отражать привходящий цвет, вызывая выборочную передачу одних длин волн и поглощение других. Доктор Гуай сравнивает этот эффект с камертоном, который резонирует с конкретной нотой благодаря длине своих зубьев.
В прошлом с такими эффектами человек уже встречался, - сказал доктор Гуай. Даже древнеримские мастера знали, что они могут окрашивать стекло, добавляя в него достаточное количество металлического порошка c высокой пробой, хотя они не знали, почему так происходит. Однако в Канаде такая технология впервые была понята и освоена.
После экспериментов с тестовыми образцами на металлических заготовках, доктор Гуай и эксперты из монетного двора попробовали свои силы на серебряных монетах. Их первые попытки были направлены на окрашивание серебряных монет, которые до этого монетный двор уже выпустил. В одной из попыток лазер использовался для серебряной монеты с номиналом в 20 канадских долларов, чтобы раскрасить крылья двух бабочек нежными оттенками пурпурного и золотого цветов. В то же время команда работала над преодолением технических проблем, в том числе над тем, чтобы предотвратить потускнение цветов после окисления серебра.
В 2017 году ученых из этого проекта попросили спроектировать большую коллекционную монету, которая бы стала результатом новой технологии. Наблюдая за закатом солнца из своего дома у озера возле Смитс-Фолс, Онтарио, доктору Гуай пришла в голову нужная идея. Плавная градация оттенков на закатном небе от красного к синему идеально бы подошла для демонстрации того, что может сделать новая техника, поскольку такого же эффекта трудно добиться посредством традиционных методов окрашивания металла. Эта идея претворилась в дизайн монеты с «Bluenose» на переднем плане. В прошлом году было выпущено несколько экземпляров этих монет.
Поскольку каждая монета должна обрабатываться лазером индивидуально – процесс, который занимает около двух часов для каждого экземпляра такого размера, - по всей видимости, будет произведено не более 100 пятикилограммовых монет с «Bluenose». Уникальные серебряные монеты такого размера обычно стоят более чем 10 тыс. долларов. Монетный двор предварительно планирует провести аукцион по продаже ограниченного количества монет на благотворительном мероприятии, посвященном столетнему юбилею спуска на воду знаменитой шхуны. Хотя данная технология не будет пока применяться для монет массового обращения, Нинхуэйс выразил надежду, что, в конечном итоге, наступит черед и для мелких коллекционных монет, которые можно будет купить по более низким ценам.
«Я нахожусь в радостном предвкушении. Я с нетерпением жду возможности увидеть то, как эта технология будет употребляться в будущем», - сказал он.
Техника была запатентована, а доктор Гуай и его коллеги опубликовали научные статьи, которые объясняют физику открытого процесса. Гуай надеется в дальнейшем исследовать возможность использования лазеров для окрашивания тонкой металлической фольги, используемой на бумажных деньгах. Новую технику также можно применить в медицине, например, для металлического сенсора, отличающего здоровые клетки от больных.
Тем временем, доктор Брукс сказал, что интерес к этой технологии со стороны международного сообщества специалистов по чеканке монет растет. «Людям очень интересно о ней узнать. Ясное дело, что мы пока об этом не распространяемся», - сказал он, улыбаясь.
