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Cristal fotónico de la naturaleza
Los investigadores han descubierto una especie de escarabajo brasileño que tiene el rasgo inusual de reflejar el verde iridiscente desde casi cualquier ángulo. Al examinar la estructura de las escamas del escarabajo, los científicos de la Universidad de Utah encontraron una estructura de cristal fotónico ideal para la luz visible, un tipo de material que los científicos ópticos han estado buscando durante años.
Diamantes en bruto: El escarabajo brasileño de una pulgada de largo Lamprocyphus augustus (arriba) tiene escamas que contienen cristales fotónicos, lo que le da al insecto su brillo verde único. En la imagen inferior, las escamas individuales del escarabajo reflejan un verde iridiscente, debido a estructuras microscópicas en forma de diamante.
Las estructuras periódicas tridimensionales llamadas cristales fotónicos son materiales potencialmente valiosos para controlar fotones; Los científicos podrían usar cristales fotónicos que operan en longitudes de onda visibles para desarrollar células solares, telecomunicaciones, sensores e incluso chips de computadora ópticos más eficientes. Se cree que una estructura a base de diamante, en particular, es el cristal fotónico tridimensional más eficaz para la luz visible, ya que puede reflejar una amplia banda de colores y tiene una alta reflectividad. Un menor escape de luz significa que los investigadores pueden controlar y manipular mejor los fotones.
Los cristales fotónicos que controlan la luz visible han sido un desafío para que los científicos los fabriquen con materiales apropiados, debido a lo pequeña que debe ser la periodicidad en la estructura para manipular longitudes de onda tan cortas. Se han creado cristales fotónicos unidimensionales y bidimensionales para la luz visible, así como una estructura de diamante tridimensional para las longitudes de onda más largas del infrarrojo. Aún no se ha realizado una estructura de diamante que pueda reflejar la luz visible en todos los ángulos para todas las polarizaciones. Pero el estudio de las escalas de este escarabajo puede proporcionar nuevos conocimientos sobre cómo construir un cristal fotónico tridimensional para la luz visible.
Michael Bartl , profesor de la Universidad de Utah, el estudiante graduado Jeremy Galusha, y sus colegas utilizaron una técnica de corte muy fino para descubrir y modelar las escalas de la Lamprocyphus augustus . Dentro de cada escala, que tiene aproximadamente 100 micrómetros de ancho y 15 a 20 micrómetros de espesor, hay una estructura fotónica tridimensional. La estructura se asemeja a la disposición de los átomos de carbono en un diamante, y consiste en una red cristalina con una estructura de unidad periódica repetida de unos 300 nanómetros, dice Bartl. Dentro de una escala, la celosía de diamantes se coloca en diferentes orientaciones, lo que le da al escarabajo su brillo verde desde casi cualquier ángulo.
Los cristales fotónicos con estructura de diamante se encuentran entre los más difíciles de fabricar, dice el profesor de Georgia Tech Zhong Lin Wang . Utilizando la biología como plantilla, este artículo muestra la posibilidad de fabricar cristales fotónicos de diamantes artificiales con un rendimiento óptico bien diseñado, dice.
Las escamas del escarabajo en sí mismas no se pueden utilizar para ninguna aplicación práctica, porque el material de la quitina es demasiado frágil y no es conductor. El grupo está en el proceso de moldear las escamas de escarabajo de un semiconductor. Estamos haciendo un buen progreso, dice Bartl. Además de usar la estructura del escarabajo como molde, él y sus colegas también están estudiando cómo el escarabajo fabrica la estructura, con la esperanza de imitar el proceso para crear estructuras fotónicas de diamantes artificiales.
Las aplicaciones que utilizan cristales fotónicos se han restringido más o menos al espectro del infrarrojo cercano, dice Ayman Abouraddy, científico investigador del MIT. Ya sabemos [que la estructura del diamante] será útil; simplemente no sabemos cómo hacerlo de manera eficiente. El hecho de que un escarabajo, con un enfoque de síntesis química sucio y sucio, sea capaz de crear una estructura bastante limpia como esta, es sorprendente.