Физики объяснили зеркальную неразборчивость золотистого жука

Chrysina resplendens

Charles Tilford / Flickr

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

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.