Los físicos desarrollan láseres inspirados en plumas de aves.

Los investigadores de la Universidad de Yale están estudiando cómo dos tipos de estructuras a nanoescala en las plumas de las aves producen colores brillantes y distintivos. Los investigadores esperan que al tomar prestados estos trucos a nanoescala de la naturaleza, puedan producir nuevos tipos de láseres, que pueden ensamblarse por procesos naturales.

Este es un láser de red basado en plumas con nanoestructura de tipo canal. Este láser consiste en interconectar nanocanales (blanco) en una membrana semiconductora. (Barra de escala = 2 micrómetros.) Imagen cortesía de Hui Cao Research Laboratory / Yale University

Las estructuras de nanoescalas, invisiblemente pequeñas, se miden en nanómetros. Un nanómetro es igual a una billonésima parte de un metro. Cuando las cosas son tan pequeñas, no se pueden ver con los ojos, o incluso con un microscopio óptico. Los objetos de este tamaño requieren una herramienta especial llamada microscopio de sonda de escaneo

Muchos de los colores que se muestran en la naturaleza son creados por estructuras a nanoescala que dispersan la luz fuertemente en frecuencias específicas. En algunos casos, estas estructuras crean iridiscencia, donde los colores cambian con el ángulo de visión, como los arcoiris cambiantes en una burbuja de jabón. En otros casos, los tonos producidos por las estructuras son constantes e inmutables. El mecanismo por el cual los colores independientes del ángulo se producen científicos desconcertados durante 100 años

Imagen cortesía de Ken Thomas.

A primera vista, estos tonos constantes parecían haber sido producidos por una mezcla aleatoria de proteínas. Pero cuando los investigadores se enfocaron en pequeñas secciones de la proteína a la vez, comenzaron a surgir patrones cuasi ordenados. Los científicos descubrieron que es este orden de corto alcance el que dispersa la luz preferentemente a frecuencias específicas para producir los tonos distintivos de las alas de un pájaro azul, por ejemplo.

Inspirados por las plumas, los físicos de Yale crearon dos láseres que utilizan este orden de corto alcance para controlar la luz.
Lo que diferencia a estas estructuras bioinspiradas de corto alcance de los láseres tradicionales es que, en principio, pueden autoensamblarse, a través de procesos naturales similares a la formación de burbujas de gas en un líquido. Esto significa que los ingenieros no tendrían que preocuparse por la nanofabricación de la estructura a gran escala de los materiales que diseñan, lo que resulta en una producción más barata, más rápida y más fácil de láseres y dispositivos emisores de luz.

Este es un primer plano de una púa de plumas de contorno posterior de un pájaro azul oriental macho; demuestra una proteína con nanoestructura de tipo canal. (Barra de escala = 500 nanómetros). Imagen cortesía de Richard Prum Lab / Universidad de Yale.

Una aplicación potencial para este trabajo incluye células solares más eficientes que pueden atrapar fotones antes de convertirlos en electrones. La tecnología también podría producir pintura de larga duración, que podría encontrar usos en procesos como cosméticos y textiles. "La pintura química siempre se desvanecerá", dice el autor principal Hui Cao. Pero una "pintura" física cuya nanoestructura determina que su color nunca cambiará. Cao describe un fósil de escarabajo de 40 millones de años que su laboratorio examinó recientemente y que tenía nanoestructuras productoras de color. "Con mis ojos todavía puedo ver el color", dijo. "Realmente dura mucho tiempo".

El equipo presentará sus hallazgos en la Reunión Anual de la Sociedad Óptica (OSA), Fronteras en Óptica (FiO) 2011 en San José, CA, en octubre de 2011.

Janine Benyus sobre biomimética para resolver problemas humanos

Crédito de la foto: Ana_Cotta

En pocas palabras: los investigadores de la Universidad de Yale están desarrollando un nuevo tipo de láser inspirado en estructuras a nanoescala en plumas para pájaros que pueden autoensamblarse mediante procesos naturales.

A través de la Optical Society of America