La naturaleza nos invita a jugar con la luz
Manuel Carlevaro. Instituto de Física de Líquidos y Sistemas Biológicos (CONICET - UNLP) y Universidad Tecnológica Nacional.
Científicos de la Universidad de Utah lograron desentrañar la estructura fotónica tridimensional de las escamas presentes en el caparazón de un escarabajo autóctono de Brasil.
Su color verde iridiscente es consecuencia de la estructura periódica de cada una de las escamas que conforman su caparazón y no de su pigmentación. Cuando la luz incide sobre él se producen interferencias múltiples dando como resultado sólo la reflexión del color verde. Cada una de sus escamas actúa como un cristal fotónico natural.
Pero ¿qué es un cristal fotónico? La comunidad científica ha denominado con este nombre a los materiales compuestos por varios elementos periódicamente distribuidos que dispersan la luz. Hoy en día hay un gran interés en el estudio de estos nuevos materiales debido a la búsqueda del control de las propiedades ópticas, es decir de la manipulación de la luz y del potencial y amplio espectro de sus aplicaciones, como por ejemplo en nuevas tecnologías de comunicación puramente ópticas o en computadoras ópticas ultrarrápidas diseñadas con circuitos integrados ópticos o chips que funcionen con luz y no con electricidad.
La especie que inspiró a Galusha y a Bartl para modelar un cristal fotónico artificial fue el escarabajo Lamprocyphus augustus, cuya característica particular es que su coloración es independiente del ángulo de observación. Este hecho se explica analizando y entendiendo la geometría y composición de una de sus escamas, que está formada por 200 piezas de quitina y cada una de ellas ésta orientada en diferentes direcciones haciendo que la luz que incide con distintos ángulos sobre el caparazón del escarabajo dé como resultado que la luz reflejada sea de un color verde nítido y brillante.
El siguiente paso consistió en determinar con gran precisión la estructura tridimensional de la escama. Para ello se usó un microscopio electrónico de barrido con el fin de adquirir y procesar imágenes, y por otro lado, se recurrió a la focalización de un haz de iones de galio para retirar capas extremadamente delgadas de la escama. Repitiendo sucesivas veces este procedimiento se obtuvieron 150 imágenes de distintas secciones de una misma escama que sirvieron para reproducir, en forma teórica, su estructura 3D.
La compleja estructura fotónica tridimensional, que opera en el rango de longitudes de onda visibles, no se obtuvo a través de un problema “pensado” sino emulando la arquitectura de los sistemas biológicos presentes en la naturaleza y tal hallazgo abre las puertas a la creación de nuevos dispositivos ópticos que podrían revolucionar nuestra tecnología actual.
Trabajo Original: Jeremy W. Galusha, Lauren R. Richey, John S. Gardner, Jennifer N. Cha, and Michael H. Bartl. Discovery of diamond-based photonic crystal structure in beetle scales. Physycal Review E 77, 050904(R) (2008).