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I Cristalli fotonici e i Fantastici cambiamenti di colore dei Camaleonti: Dettagli e Video!!

Un cristallo fotonico è un materiale microstrutturato (a volte nanostrutturato) il cui indice di rifrazione (effettivo) varia periodicamente nello spazio e / o nel tempo. In un certo senso sono l'equivalente ottico cristallino dei materiali che interagiscono con i fotoni in un modo simile come fanno gli elettroni in quest'ultimo. Opali, le ali di alcune farfalle, diatomee, e molti altri sistemi naturali, si comportano come i cristalli fotonici. I Fisici Eli Yablonovitch e Sajeev John sono forti candidati per il premio Nobel per aver introdotto il concetto di cristalli fotonici nel 1987.

Questa figura sopra illustra la variazione di colore normalizzato (scontando il livello di luce e l'effetto della telecamera) nel formato RGB mentre cambia stato dal rilassato (t = 0 s) all'eccitato (t = 60 s). Si noti come il componente blu diventa dominante, rispetto alla componente rossa, con una percentuale di verde (ricordiamo che il giallo è la somma additiva di rosso e verde). Si noti inoltre come l'animale gonfia i muscoli quando sono eccitati, estendendo la sua pelle e le membrane delle cellule dell'epidermide. Questo processo suggerisce che il meccanismo di cambiamento di colore non è biochimico, ma biofisico.

Questo video da youtube mostra alcuni esempi di variazioni di temperatura al rallentatore, e il cambiamento di colore delle singole cellule. Le cellule dei pigmenti cromatofori si trovano in molti esseri viventi. L'iridescenza è il fenomeno ottico associato con il cambiamento di tono o colore della luce riflessa a seconda dell'angolo in cui è visualizzato, o da un cambiamento dell'angolo della superficie riflettente. I Camaleonti iridofori sono divisi in due tipi: di superficie, S-iridofore, vicino l'epidermide e profondi, e D-iridofore, nel derma interno. Le S-iridofore sono responsabili per i rapidi cambiamenti di colore nello spettro visibile e hanno la struttura di una rete triangolare di nanocristalli di guanina. I D-iridofore riflettono principalmente la luce nel vicino infrarosso (700-1400 nm), e sfruttano la temperatura e il tempo sotto intensa radiazione solare.

i Cristalli di guanina hanno un indice di rifrazione di 1,83, mentre le iridofore citoplasmatiche di 1.33. Come dimensioni, i nanocristalli sono inferiori alla lunghezza d'onda della luce visibile (300 a 700 nm). Così, per la luce visibile, l'indice effettivo della superficie visibile della rifrazione nelle iridofore varia in funzione del rapporto tra nanocristalli e citoplasma. In stato di rilassamento (vedi parte (a) a sinistra della figura espandibile sopra), i nanocristalli sono più vicini e l'indice di rifrazione efficace è vicina a quella della guanina, che ha una riflessione nello spettro visibile maggiore per le lunghezze d'onda blu. Lo stato eccitato (vedi parte (b) a destra della figura esapandibile sopra), la pelle è tesa, e le iridofore sono più grandi e i nanocristalli più distanti, quindi l'indice di rifrazione efficace è inferiore (più vicino al citoplasma), con riflettività nello spettro visibile dei colori verde e rosso a crescere. Infine, gli autori dello studio hanno osservato al microscopio la pelle delle iridofore e di altre specie di camaleonti e gechi che agiscono come cristalli fotonici. Questo suggerisce l'ipotesi che questi animali usano la fisica dei cristalli fotonici per modificare il colore in modo rapido.

Si ringrazia Francisco R. Villatoro, del sito La Ciencia de la Mula Francis.

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