Блестящие золотые жуки-скарабеи приобрели подобную необычную окраску благодаря наличию особых наноструктур в их надкрыльях, которые могут отражать свет, «закрученный» в любую сторону. Их искусственные копии помогут создать сверхбыстрые системы передачи данных, говорится в статье, опубликованной в журнале Royal Society Interface.
«Блестящий золотой цвет и необычная поляризация света, отраженного от панциря, делает золотых скарабеев действительно уникальными существами по сравнению с тысячами других красивых насекомых и животных планеты. Эти жуки могут послужить примером для разработки новых оптических систем, о которых мы раньше не могли подумать», — рассказывает Пит Вукусич (Pete Vukusic) из университета Эксетера (Великобритания).
В последние годы ученые активно изучают свойства так называемых метаматериалов – искусственных структур из множества отдельных кусочков или наночастиц, способных необычным образом взаимодействовать со светом или другими формами электромагнитного излучения. Метаматериалы, как сегодня считают физики, станут основой сверхбыстрых световых компьютеров будущего и других футуристичных гаджетов.
Строго говоря, метаматериалы не являются изобретением человека – похожие на них кристаллы и структуры встречаются на крыльях многих бабочек «металлической» окраски, на панцирях многих других насекомых, крыльях птиц и даже в знаменитых синих складках на мордах павианов-мандрилов.
Вукусич и его коллеги открыли пока самый необычный пример природного метаматериала, изучая структуру крыльев жуков Chrysina resplendens – южноамериканских скарабеев, чьи крылья и панцирь окрашены в ярко-золотой цвет. Сегодня эти жуки являются очень популярными среди коллекционеров, которых привлекает необычная окраска данных насекомых и их крупные размеры.
Еще век назад знаменитый американский физик Альберт Михельсон заметил, что панцирь этих насекомых, питающихся листвой и древесиной высокогорных деревьев, крайне необычно взаимодействует со светом. Он обнаружил, что луч света всегда закручивается в левостороннюю спираль при отражении от тела жука, но не смог найти этому объяснения.
Вукусич и его коллеги выяснили, почему это происходит, изучив структуру поверхности надкрыльев Chrysina resplendens. Они обнаружили, что панцирь жука по сути является сверхсложным метаматериалом, состоящим из огромного числа хитиновых наночастиц толщиной в микрометр, уложенных в своеобразные «штабеля» и повернутых в разные стороны.
Благодаря этому поверхность крыла превращается в идеальное зеркало, способное отражать не только обычный солнечный свет, но и любую форму поляризованного света, в том числе и излучение, закрученное в спираль. Что интересно, в последнем случае свет остается «закрученным» в ту же самую сторону — если луч был уже закручен направо, то он остается таким после отражения.
Последнее свойство делает скарабеев крайне интересными для ученых с практической точки зрения — спирально закрученный свет и способность его «нормально» отражать позволит физикам в несколько раз ускорить работу интернет-сетей, кодируя информацию в том, как «закручен» свет. Установки, способные производить свет такого типа, уже существуют, однако ни одну из них нельзя уместить внутрь микрочипа. Обнаружение подобной миниатюрной структуры в природе, как заключают авторы статьи, упрощает решение этой задачи.
