Физики объяснили зеркальную неразборчивость золотистого жука

Физики из Университета Эксетера объяснили необычные свойства золотистого жука Chrysina resplendens из семейства пластинчатоусых. Насекомое способно сохранять круговую поляризацию света, отражающегося от него, вне зависимости от направления поляризации — обычное зеркало при отражении изменяет поляризацию на противоположную. Такое поведение оказалось связано со спиральными структурами в хитиновом покрытии жука. Исследование опубликовано в Journal of the Royal Society Interface, кратко о нем сообщает пресс-релиз университета.

Необычные оптические свойства материалов часто связаны не столько с их химическим строением, сколько со структурой на масштабе сотен нанометров. Существует целый класс метаматериалов — объектов, в которых физические свойства определяются структурой материала. К примеру, если особым образом расположить на поверхности небольшие металлические колечки, можно создать материал с отрицательным коэффициентом преломления (его рабочая длина волны зависит от размера колец). Такие объекты встречаются не только в лабораториях, но и в природе. Так, крылья бабочек рода Morpho  переливаются разными цветами благодаря периодическим наноструктурам на их крыльях — фотонным кристаллам.

Необычные оптические свойства возникли в ходе эволюции и у надкрылий некоторых жуков. У некоторых родов пластинчатоусых жуков (например, Chrysina) покровы имеют зеленый или голубой блестящий цвет. Физикам было известно, что их материал отражает лево-поляризованный свет, сохраняя его поляризацию, но пропускает прав-поляризованный свет. Однако у одного из видов Chrysina — золотистого Chrysina resplendens — наблюдается отражение света обеих поляризаций с сохранением свойств, причем в довольно широком  оптическом диапазоне.

Авторы новой работы провели детальный анализ микросктруктуры надкрылий жука, а также оптических свойств.  Их кутикула — верхний покров — состоит из хитиновых нитей в белковой матрице. Как объясняют авторы, оптические свойства объясняются спиральными структурами, возникающими в ней. Нити хитина в разных слоях кутикулы располагаются под углом к предыдущему слою. Также физикам удалось построить детальную модель, объясняющую изменения в отражающей способности крыльев в зависимости от длины волны падающего света: при некоторых длинах волн лево- и право- поляризованный свет отражаются одинаково хорошо, при других свет с правой поляризацией избирательно поглощается.

Исследование природных метаматериалов может помочь ученым в создании искусственных аналогов с улучшенными свойствами. Ранее мы сообщали о том, как на создание метаматериалов физиков вдохновляло искусство или нобелевские лекции из совершенно других областей науки.

Примечание: в первоначальном виде заметки содержалась ошибка и Chrysina resplendens ошибочно причислялись к роду Scarabaeus (скарабеи) подсемейства Scarabaeinae (скарабеины) семейства Scarabeidae (пластинчатоусые). В действительности Chrysina resplendens относится к роду Chrysina подсемейства Rutelinae (Хлебные жуки и хрущики) семейства Scarabeidae (пластинчатоусые). Редакция приносит извинения своим читателям.

Владимир Королёв