構造色

フォトニック結晶やフォトニック結晶ファイバは周期構造を有している。 光がこれらの媒質に入射した場合、周期構造に依存した特定波長の光のみが反射される。これと同じ原理に基づく現象は自然界にも見られる。 昆虫(玉虫、モルフォ蝶)や動物(孔雀)、鉱物(オパール)などできれいな色づきが観察されるのはその例である。 これらによる発色は構造色(structural color)といわれる。 「玉虫色の決着」という表現があるように、構造色は見る角度によって異なる色に見える。 角度による色彩の違いは、シャボン玉や水たまり上の油膜、CDからの反射などでも日常経験できる。

構造色の発色原理を物理現象にまでさかのぼると、干渉、回折、散乱などがある。 玉虫は翅の表面に液晶と同じコレステリックという多層膜構造をもち、光が入射するとこれにより様々な色を発色する。 モルフォ蝶は大型の蝶で金属光沢の翅をもち、多くの場合雄が鮮やかな青色を示す。 翅の表面にある鱗粉上の筋に、櫛形の構造が規則正しく分布することが確認されている。 光がこの構造に入射すると、多層膜干渉によりその翅が発色すると考えられている。 オパールは宝石としても有名で、二酸化珪素の微粒子の積層構造により光が回折されて発色する。 積層構造には不規則な部分があり、また空洞もあるので、複雑な多重反射により様々な色づきを見せる。

構造色は光がその波長より短い周期構造に入射した場合に生じており、 これはフォトニック結晶やフォトニック結晶ファイバでフォトニックバンドギャップが生じる条件と同じである。

構造色はきれいな色の場合が多く、「玉虫の厨子」は美術工芸品として有名である。 構造色は工業への応用も考えられており、フォトニクスとも密接な関係がある。 例として、繊維(屈折率の異なる糸の多層構造)、金属での発色(酸化発色による色付け)などがある。 今後この分野はナノ技術の進展と共に、「自然から学ぶ技術」としてさらに発展すると考えられる。

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