Color estructural

Normalmente asociamos el color de los objetos al resultado de la reflexión de la luz sobre ciertos pigmentos, que absorben algunas longitudes de onda y reflejan justo aquellas que dan lugar al color característico del objeto. Es el caso, por ejemplo, de la ropa que vestimos, las paredes de los edificios, etc.

La mariposa que ilustra la entrada es un ejemplar de Morpho menelaus, una especia originaria del centro y sur de América, con unas alas que pueden medir hasta 15 cm. El color de las mismas no se debe a los pigmentos anteriormente mencionados, sino a los fenómenos de interferencia producidos en las alas. Esto es, el material que compone las alas no tienen ningún color. Es lo que se conoce como color estructural.

La peculiar estructura de las alas en forma de redes de difracción (celdas del tamaño de unos 600 nanómetros) hace que la luz, al incidir sobre ellas, forme un patrón de difracción debido a la interferencia entre haces de luz. Dependiendo del ángulo desde el que se observen las alas podremos ver como su color varía del violeta al verde turquesa; contribuyendo así a su exótica coloración y quien sabe si mejor ocultación frente a depredadores.

Ver nota original aquí

Un artículo muy interesante de The Scientist (en inglés) sobre este tema (click en la imagen de abajo)

Difracción por una rendija

En estas dos fotos se observa el patrón de difracción de 1 rendija
para distintos anchos de la misma.

Gracias Federico Cerisola!

 

Integral de difracción, caso 1D (rendijas)

En la primera clase de difracción (viernes 7/11) nos basamos en el Principio de Huygens (hasta ahora usado muy cualitativamente) para obtener una manera de cuantificar los efectos de la interacción entre un frente de ondas incidente y un obstáculo plano compuesto por partes completamente transparentes y completamente opacas. En el caso de difracción de Fraunhofer  y cuando los obstáculos tienen simetría de translación (rendijas paralelas en una pantalla opaca), llegamos a los siguientes resultados para la perturbación resultante en el punto de observación (gracias Emi Demayo por la foto)

¿Se podría usar un procedimiento análogo para tratar obstáculos semitransparentes?

Cristales fotónicos

Los cristales fotónicos son materiales en los que se ha creado artificialmente una modulación periódica de las propiedades constitutivas. El nombre proviene de una analogía con los semiconductores, pues la modulación periódica produce bandas de frecuencias permitidas y prohibidas para la propagación de ondas electromagnéticas, básicamente el mismo efecto ondulatorio por el que los potenciales peródicos en los cristales semiconductores producen bandas de energía prohibida para la propagación electrónica. Según su periodicidad, los cristales fotónicos se clasifican en 1D, 2D y 3D

Los ópalos artificiales que mencioné en la clase del martes 4 son cristales fotónicos 3D que imitan a los ópalos naturales

La condición de bandas prohibidas surge como consecuencia de efectos de interferencia y se conoce como “condición de Bragg”: la diferencia de camino óptico en el scattering de radiación entre dos centros dispersores contiguos debe ser un múltiplo entero de longitudes de onda. Por este motivo, la periodicidad de un cristal fotónico tiene que ser comparable con la longitud de onda, de esta manera la radiación usada “ve” una estructura fuertemente inhomogénea que no podrá caracterizarse mediante parámetros efectivos como el índice de refracción.

Debido a los efectos de interferencia, los cristales con periodos mas grandes dan bandas prohibidas en  mayores longitudes de onda. Esto se ve en la figura,

donde el cristal fabricado con esferas de radio más grande tiene una banda prohibida en el rojo (o sea que refleja mejor el color rojo), mientras que el cristal fabricado con esferas de radio menor tiene una banda prohibida en el azul (o sea que refleja mejor el color azul).

Fuera de las bandas prohibidas, no es tan fácil correlacionar tamaños y geometrías con las propiedades ópticas de estos materiales artificiales, como se ve en esta figura

tomada de este trabajo, que forma parte de una colaboración entre mi grupo (especializado en el estudio teórico de propiedades ópticas de materiales complejos)  y un grupo español (especializado en fabricar y caracterizar nuevos nanomateriales). El objetivo de este estudio era determinar el grado de perfección de los métodos de fabricación de ópalos artificiales mediante la comparación entre las curvas  teóricas ideales y las curvas medidas (de reflectancia R y de transmitancia T)

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