Кольори на фотографії середини XIX століття пояснили розподілом наночастинок срібла і хлориду срібла. Хіміки відтворили спосіб Олександра Беккереля і спростували інші причини забарвлення фотографії: наявність пофарбованих сполук або інтерферуючої періодичної надструктури наночастинок срібла. Стаття опублікована в журналі.
Вперше спосіб отримання кольорової фотографії був запропонований Олександром Беккерелем в 1848 році: срібло наносилося на латунну платівку, потім платівку занурювали в розчин хлориду міді для сенсибілізації шару. Отриману платівку промивали, сушили і нагрівали, після чого вона була готова до відображення моменту при витримці на світлі. Однак з того часу велися серйозні дискусії про природу забарвлення отримуваних фотографій. Деякі вчені, такі як Вільям Ебней і Метью Кері Леа, дотримувалися гіпотези, що в процесі витримки в платівці з'являються нові пофарбовані сполуки срібла або міді, які і відповідальні за забарвлення фотографії. У дискусію з ними вступали Отто Вінер і Вільгельм Зенкер - прихильники гіпотези утворення періодичної структури з паралельних платівок срібла в обсязі частинок, які стають причиною інтерферуючих стоячих хвиль, які і відповідальні за сприйняття кольору. Сам Беккерель підтримував гіпотезу пігменту і разом з Кері Леа припустив, що до складу «фотохлориду» срібла входять хлорид срібла AgCl і субхлорид срібла Ag2Cl і що колір залежить від співвідношення цих речовин. Третє пояснення запропонував Люппо-Крамер: витримка платівки на світлі призводить до утворення наночастинок срібла різного розміру - за кожен колір відповідає свій розмір частинки.
Вже сучасні дослідження показали, що в пластинах відбувається новий процес при опроміненні платівки світлом видимого діапазону, який назвали спектральною фотоадаптацією - змінюються не тільки частинки, а й відстані між ними, що зменшує поглинальну здатність платівки. Цей же процес пояснили специфічним розчиненням наночастинок срібла з певним розміром. Однак на даний момент ще ніхто не провів масштабного дослідження, що підтверджує будь-яку гіпотезу.
Віктор де Сеов (Victor de Seauve) зі своїми колегами отримав фотографію способом Беккереля і провів повний аналіз, достатній для пояснення причини кольору в цій системі. На їхню думку, колір виникає через поверхневий плазмонний резонанс на наночастинках срібла, за рахунок якого і відбувається поглинання світла на певній довжині хвилі. На фазі поглинання світла відбувається два процеси: фотоліз хлориду срібла на наночастинки металевого срібла та перерозподіл наночастинок срібла під впливом світла залежно від розміру та положення щодо частинок хлориду срібла.
Хіміки провели аналіз складу частинок залежно від їх кольору - у всіх випадках частинки виявилися однакового складу. Тим самим вони спростували першу гіпотезу про барвника. Потім на скануючому електронному мікроскопі вони не виявили періодичної структури наночастинок срібла ні на поверхні хлориду срібла, ні в його обсязі. Розміри наночастинок срібла при цьому варіювалися від одиниць до 150 нанометрів. Більш того, вони вивчили поглинаючу здатність цих частинок синьої, жовтої і червоної фотографії і помітили, що вони поглинають кожен при своїй довжині хвилі: 402, 584 та 677 нанометрів, відповідно. Це спростувало і другу гіпотезу про інтерференцію в надструктурі наночастинок срібла.
Для підтвердження третьої теорії хіміки вивчили розподіл наночастинок за розмірами і помітили, що у всіх фотографіях орієнтація і форма частинок однакові, але залежно від кольору фотографії змінюється розмір частинок і їх положення відносно один одного. При переході від синього кольору до жовтого і червоного розмір частинок збільшується. Вчені дійшли висновку, що наявність кольору пов'язана з відсутністю наночастинок срібла певного розміру і положення. Наприклад, червоний колір фотографії виходить, якщо відсутні частинки з розмірами 30-45 нанометрів і майже всі частинки на поверхні частинок хлориду срібла.
При вивченні поверхневого плазмонного резонансу на наночастинках срібла хіміки отримали дві резонансні моди: контакт наночастинки срібла і частинки хлориду срібла і контакт наночастинки срібла з порожнечею. Зі збільшенням розміру частинки кількість енергії, що поглинається, падає. Збудження плазмонів фотонами видимого діапазону призводить до того, що електрони із зони провідності срібла переходять або в зону провідності напівпровідника AgCl, або до кисню, який оточує наночастинки срібла. Перетікання електронів до поверхневого кисню більш енергетично вигідно, що пояснює селективну відсутність частинок на межах зерен хлориду срібла. У процесі перерозподілу наночастинок велика рухливість іонів срібла дозволяє їм досягати доступних наночастинок або утворювати нові частинки на кордонах зерен хлориду срібла шляхом зліпання і рекомбінацією з електронами. Утворення нових частинок не відбувається за відсутності електронів через кисень, а тому переважно відбувається зростання решти наночастинок.
Таким чином загадка перших кольорових фотографій була вирішена - за колір відповідають розмір і розташування наночастинок срібла відносно частинок хлориду срібла.
Перші кольорові фотографії досить швидко втрачали свій колір і придатність до перегляду під впливом сонячного світла. Цікаво, що приблизно так само працює наша пам'ять - зорова пам'ять людини з часом стає більш бляклою. Деталізація яскравості цих спогадів сильно залежить від емоційної складової.