Les papallones i l’òpal

Papallona_Opal.jpg Les papallones tenen un atractiu especial. Probablement és en part degut a que el color de les seves ales depèn de la direcció en que les mirem. És el que anomenem iridescència, un fenomen que també podem observar en les bombolles de sabó o en capes molt fines de petroli damunt l’aigua. De fet, parlem d’opalescència quan volem indicar l’aspecte lletós i a vegades iridescent de l’òpal i algunes altres substàncies. L’òpal és iridescent, fa aigües subtils i efímeres com les que podem veure a la foto. Però les papallones, a més, amb el bateg i canvi constant de direcció de les seves ales, ens regalen seqüències de colors canviants.

Per què observem la iridescència en alguns objectes? Tot plegat és degut a la seva estructura microscòpica i cristallina. Les ales de les papallones i les pedres d’òpal tenen micro-estructures que interaccionen amb els fotons de la llum. De fet, aquestes micro-estructures cristallines són esglaonades i podríem dir que, en funció de la direcció de la llum, fan que els fotons s’entrebanquin i no puguin sortir-ne. Sabem que els fotons es comporten a la vegada com a ones i partícules. En la seva versió “ones”, són com les ondulacions que veiem a l’aigua d’un llac quan hi tirem una pedra, però molt més petites. Fa pocs anys hem entès el fenomen i hem vist que els fotons s’entrebanquen quan la distància entre els esglaons cristal·lins coincideix amb la distància entre el punt més alt i el punt més baix de la seva ona (el que s’anomena semi-longitud d’ona). Evidentment la cosa no és tan senzilla. Cal també que la constant dielèctrica vagi variant també de manera periòdica i regular, i cal una segona periodicitat de menor freqüència. Però la geometria i l’esglaonament dels cristalls és essencial. La periodicitat de l’estructura, la mida dels esglaons, sabem que ha de ser de 350 nanòmetres per al color vermell i de 200 nanòmetres per al blau. Els materials d’aquestes característiques s’anomenen cristalls fotònics, i són cristalls tals que els fotons dels colors que concorden amb la seva estructura cristallina, en determinades direccions ensopeguen i no poden sortir. Produeixen “photonic band gaps“, que podríem traduir per llacunes fotòniques en determinades bandes de color.

Els experiments amb cristalls fotònics artificials van començar al segle XIX, i Lord Rayleigh (John Strutt), l’any 1887 ja va aconseguir els primers efectes basats en la desaparició de determinades bandes de l’espectre lumínic. Eren cristalls unidimensionals. Els darrers anys, però, s’ha aconseguit fabricar cristalls fotònics de dues i tres dimensions. La fabricació no és pas senzilla perquè cal crear una doble periodicitat a l’espai, i cal fer-ho amb esglaons d’una mida d’entre els 200 i els 350 nanòmetres. En d’altres paraules, a cada esglaó d’un cristall fotònic hi ha entre 370 i 650 àtoms de silici. En el mateix espai, hi podríem posar unes 1000 molècules d’aigua en fila. És obvi que, per tal d’aconseguir-ho, cal saber treballar molt bé a nivell nanoscòpic.

Les aplicacions dels cristalls fotònics van des dels interruptors de llum comandats per camps elèctrics als LEDs, les fibres òptiques de nova generació o els vidres antireflectants. Fins i tot, comencem a tenir pintures tornassol per a cotxes!

Per cert, George Orwell deia que només ens podem fiar d’una autobiografia quan explica coses vergonyoses. Deia que els qui donen una bona imatge de si mateixos, segurament menteixen.

Comenta

*

(*) Camps obligatoris

L'enviament de comentaris implica l'acceptació de les normes d'ús