Púrpura Han: pigmento artificial de 2800 años que sorprende a físicos cuánticos

Púrpura Han, es un pigmento artificial creado por los chinos hace más de 2500 años; fue utilizado en pintura de murales y para decorar a famosos guerreros de terracota, así como cerámicas, artículos de metal y joyería.

Detalle de un mural de una tumba Han del Este (25-220 d.C.) en Zhucun, Luoyang, provincia de Henan, China. La pintura utiliza pigmentos azules Han y púrpuras Han. (Wikimedia Commons)

El pigmento es una maravilla tecnológica, realizada a través de un complejo proceso de moler materias primas en proporciones precisas y un calentamiento a temperaturas increíbles. Así de complicado fue el proceso, que no fue reconstruido de nuevo hasta 1992, cuando finalmente los químicos fueron capaces de identificar su composición; pero esto fue sólo el comienzo.

Según un informe de prensa del io9.com, desde entonces la investigación ha descubierto increíbles propiedades del púrpura Han, incluyendo la capacidad de emitir poderosos rayos de luz en el rango del infrarrojo cercano, y un colapso de tres dimensiones a dos, en condiciones adecuadas.

La producción de púrpura Han, también conocida como púrpura china, se remonta hasta el 800 antes de Cristo, sin embargo, parece que no se utilizó en el arte hasta las dinastías Qin y Han (221 a.C.- 220 d.C.) cuando se aplicó en los mundialmente famosos guerreros de terracota, así como en cerámicas y otros artículos.

"Antes del siglo XIX, cuando los métodos de producción modernos hicieron pigmentos sintéticos comunes, sólo hubo tintes enormemente caros de púrpura, un par de minerales violáceos poco comunes y mezclas del rojo y azul, pero no hay el verdadero pigmento púrpura, excepto durante unos cientos de años en la China antigua", escribe Samir S. Patel en "Purple Reign (Reino Púrpura): Cómo las antiguas farmacias chinas añadieron color al ejército del emperador".

Por una razón desconocida, el púrpura Han desapareció por completo después del año 220 d.C., y nunca fue visto nuevamente hasta su redescubrimiento hecho por químicos modernos en la década de 1990.

Síntesis del púrpura Han
A diferencia de los tintes naturales, como el púrpura Tyrian (ca. 1500 a.C.), que son compuestos orgánicos y por lo general hechos de plantas o animales, como el caracol chino, el púrpura Han fue un pigmento sintético hecho de materiales inorgánicos.

Sólo se conocen dos otros pigmentos azules o morados, hechos por el hombre que han existido en el mundo antiguo – el azul Maya (ca. 800 d.C.), a partir de una mezcla caliente de añil y arcilla blanca, y el azul egipcio, utilizado en todo el Mediterráneo y el Cercano y Medio Oriente desde 3.600 a.C. hasta finales del Imperio Romano.

La científica Elisabeth Fitzhugh, una conservadora del Smithsonian, fue la primera en identificar el complejo compuesto sintético que conforma al púrpura Han -bario silicato de cobre-, un compuesto que se diferencia del azul egipcio, sólo a través del uso del bario en lugar de calcio.

Las similitudes entre púrpura Han y azul egipcio llevó a algunos investigadores tempranos a la conclusión de que los chinos pueden haber aprendido de los egipcios cómo hacer el pigmento. Sin embargo, esta teoría ha sido descartada en gran medida, ya que el azul egipcio no se encontró más allá del este de Persia.

"No hay una razón clara de por qué los chinos, si hubieran aprendido la fórmula egipcia, habrían reemplazado al calcio por el bario, que hace necesario el aumento de temperatura para la cocción en 100 grados o más", escribe Patel.

Entonces exactamente, ¿cómo tropiezan los chinos con la fórmula compleja para hacer el púrpura Han que consistía en la combinación de (arena) de sílice con cobre y bario en proporciones precisas y calentado aproximadamente entre 850° y 1.000°C?

Un equipo de físicos de Stanford que publicó un artículo en la revista Journal of Archaeological Science (aquí su resumen), propone que el púrpura Han fue un subproducto de proceso en la fabricación del vidrio, ya que tanto el vidrio como el pigmento púrpura contienen sílice y bario. Io9.com, escribe que el bario lo hace más brillante y nublado al cristal, lo que significa que este pigmento puede ser el trabajo de los primeros alquimistas que intentaron sintetizar el jade blanco.

Propiedades fluorescentes
Desde su composición, primero se descubrió que los científicos han continuado investigando este pigmento único. Investigadores del Museo Británico descubrieron que, cuando se expone a una simple linterna LED, el púrpura Han, emite rayos potentes de luz en el rango infrarrojo cercano. Según su estudio, publicado en la revista Analytical Chemistry and Bioanalytical, los pigmentos de color púrpura Han aparecen con sorprendente claridad en condiciones adecuadas, lo cual significa que incluso los rastros débiles de color se hacen invisibles a simple vista, puede vérselos con sensores infrarrojos.

Púrpura Han y el colapso de dimensiones
Las propiedades fluorescentes del púrpura Han, no fueron la única sorpresa. Los físicos cuánticos de Stanford del Laboratorio Nacional de Los Álamos y el Instituto Solid State Physics (Universidad de Tokio) informaron que cuando el púrpura Han se expone al frío extremo y a un alto campo magnético, la estructura química del pigmento entra en un nuevo estado llamado cuántico punto crítico, en el que el material de las tres dimensiones, "pierde" una dimensión.

"Hemos demostrado por primera vez el comportamiento colectivo en un material tridimensional, la mayoría puede ocurrir realmente en sólo dos dimensiones", Ian Fisher, profesor asistente de física aplicada en Stanford, dijo en el Informe a Stanford.

"Baja dimensionalidad es un ingrediente clave en muchas teorías exóticas que pretenden dar cuenta de diversos fenómenos poco conocidos, incluyendo la superconductividad de alta temperatura, pero hasta ahora, no hubo un claro ejemplo de ‘reducción dimensional’ en materiales reales".

Los científicos han expuesto que este efecto se debe al hecho de que los componentes del silicato de cobre y bario están compuestos como capas de azulejos, por lo que no se apilan ordenadamente. Los azulejos de cada capa están un poco fuera de sincronía con la capa por debajo de ellos. Esto puede frustrar a la onda y obligarla ir a dos dimensiones.

Los investigadores han dicho que el descubrimiento puede ayudar a comprender las propiedades requeridas de los nuevos materiales, incluyendo a los superconductores más exóticos.

Fisher dijo: "El púrpura Han por primera vez fue sintetizado hace más de 2500 años, pero hemos descubierto recientemente cuán exótico es su comportamiento magnético. Eso nos hace preguntarnos, qué otros materiales estarán por ahí que ni siquiera los hemos empezado a explorar".