Многие считают, что основными инструментами художника являются кисточка, мольберт и палитра. Однако это лишь средства, позволяющие использовать истинный инструмент — цвет. Наш мир полон красок всех мастей, от огненно-красного до морозно-синего. Цвет предметов и окрас живых организмов является результатом ряда физических и/или химических процессов. Учитывая разнообразие цветов, порой сложно понять разницу в механизмах их происхождения.

Ученые из Кембриджского университета решили выяснить, почему структурные цвета, зависящие от наноразмерной архитектуры поверхностей, а не от химических пигментов, не бывают красных оттенков, а лишь синих или реже зеленых. В чем секрет такого цветового ограничения и как именно удалось установить истину? Пролить свет на эти вопросы нам поможет доклад ученых.

Основа исследования

Примеры структурных цветов в природе: А — гибискус тройчатый (Hibiscus trionum); В — жук тамамуси (Chrysochroa fulgidissima); С — бабочка вида Morpho rhetenor; D — комар обыкновенный (Culex pipiens); Е — морская мышь (Aphrodita aculeata); F — жук вида Pachyrhynchus argus; G — бабочка вида Parides sesostris

Структурный цвет является результатом интерференции света, который рассеивается наноразмерными непоглощающими элементами поверхности. Это более физический процесс, нежели химический, как в случае с пигментацией, где цвет зависит от избирательного поглощения по длине волны.

У структурных цветов имеется множество преимуществ по сравнению с пигментными:

• не обесцвечиваются, так как цветообразование определяется архитектурой, а не составом;
• могут быть изготовлены из экологически чистых материалов;
• достигают нетрадиционных цветовых эффектов, от яркого металлического до изотропного оптического отклика.

Изображение №1

Учитывая положительные свойства структурных цветов, было разработано множество методик по их воссозданию, а точнее методик создания иерархических структур или структур ближнего упорядочения с независимыми от угла цветами. Результатом таких разработок стало фотонное стекло (PG от photonic glass), которое имеет биологический эквивалент в виде оперения многих птиц (изображение выше).

Нюанс в том, что в природе структурные цвета бывают лишь синих оттенков. Красные и зеленые цвета, как правило, достигаются с помощью структур с дальним упорядочением или с использованием пигментации. Конечно, существуют техники, позволяющие создать искусственный структурный красный оттенок. Однако, как заявляют авторы сего труда, оптические свойства у материала такого цвета крайне плохи.

Возникает вопрос — можно ли в принципе создать полноценный структурный красный цвет? Дабы ответить на этот вопрос, ученые решили использовать численный подход, который обеспечивает прямой доступ к спектру отражения произвольной структуры и позволяет исследовать промежуточные режимы рассеяния, то есть между однократным рассеянием и диффузионным поведением.