α 構造色:干渉+ の発色機構 色素の効果、色覚との対応、色 ...35 degree...
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ネオンテトラ
ニシキオオツバメガ
タマムシ
モルフォチョウ
ドバト
クジャク
再現発色基板
10°
25°
35°
45°
55°
65°
構造色:干渉+α の発色機構 (α:構造不規則性、大きなサイズの構造、
色素の効果、色覚との対応、色可変性・・・)
マエモンジャコウアゲハ
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直交偏光
50mm
平行偏光
マエモンジャコウアゲハ
試料
light source
polarizers
Xe lamp
対物
(Parides sesostris)
チョウの翅のフォトニック結晶
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10 mm
走査電子顕微鏡観察
リッヂ
ハニカム層
フォトニック結晶
筋構造:リッヂ
2mm
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透過電顕観察(断面) リッヂ
ハニカム
フォトニック結晶
リッヂ
ハニカム
フォトニック結晶 (多結晶)
2mm
1mm
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tXZZYYX cossincossincossin
BCC lattice :I4132
a: period t : related to filling ratio r
[1] K. Michielsen and D. G. Stavenga, J. R. Soc. Interface (2008) 5, 85-94
フォトニック結晶はジャイロイド構造[1]
t=-0.3
<100> <110> <111>
za
Zya
Yxa
X 2
,2
,2
t=-0.3
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λ=2nd
a2
22
a
221
a
2
222
a
反射波長は結晶方位に依存する
ブラッグ反射: 反射される光の波長と面間隔
Band structure of gyroid photonic crystal
L. Poladian et al., J. R. S. Interface, 6, S233-S242(2009).
<110> <100> <111>
(normal incidence)
研究動機: 多結晶構造があるのに、 なぜおよそ一様に緑色なのか?
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perfectly random aligned orientations
断面には緑には見えない部分がある
10 mm
仮説: 鱗粉の面には同じ結晶方位が向いている!?
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フォトニック結晶の表面を見るために、ハニカム層を取り除く
油圧調整部
glass pipet
ハニカム層
フォトニック結晶
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角度が少しい大きい
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indicates large angle
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ジャイロイド型フォトニック結晶の表面構造
45 degree tilted
{100}surface {110} surface
{111}surface
35 degree tilted
[100] [111] : 貫通する穴がある
[110] : 下側にあるクチクラの網が見える
tXZZYYX cossincossincossin
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indicates large angle
[110] surface
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<110> 方向が表面を向く。
54.7°
54.7°
70.6°
54°
54°
72°
54.5° 54° 71.5°
56°
54°
70°
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<110> 方向は平均屈折率の変調が大きい ⇒ 高反射率
0.00 0.25 0.50 0.75 1.000.0
0.2
0.4
0.6
0.8
are
a fill
ing r
atio
reduced distance over one period
100 110 111
<100> <110> <111>
L. Poladian et al., J. R. S. Interface, 6, S233-S242(2009).
<110> <100> <111>
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直交偏光のスペクトルは <110>方向から光を入射させて再現できるか?
直交偏光 平行偏光
偏光依存性は説明ができるだろうか?
<110>
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クロス偏光観察。入射光の偏光が90度回ると同じようにみえる。
0° 15° 30°
45° 60° 75°
90° 105° 120°
135°
150° 165°
similar
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0°
SEM observation
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0°
SEM observation
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polarizations of bright appearance
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厳密結合波解析(RCWA)を用いた反射率の理論計算
y
dg
z
x
nI
nII
nrd ngr q
region I
region II, substrate
f
Lx
Ly
incidence
unit tile (periodic in x &y directions)
2𝑎 × 𝑎 𝑎 = 300 𝑛𝑚
thickness: 8 periods
8 × 2𝑎 = 3.4 μm
𝑛 = 1.55
harmonics of expansion: -7 to 7 slice (layer) number : 160
refractive index
y
x
1 E & H fields are expanded into Fourier series in each layer.
2 Boundary conditions are imported to determine expansion coefficients.
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Polarization dependent reflectance
(110) surface y
◎
z x
𝑟𝑥𝑥 𝑟𝑥𝑦 𝑟𝑦𝑦 𝑟𝑦𝑥
𝑬 = 𝐸0 cos 𝜃 𝒙 + 𝐸0 sin 𝜃 𝒚
𝜃
incident polarization
𝑬𝑟 = 𝐸0 𝑟𝑥𝑥cos 𝜃 +𝑟𝑦𝑥sin 𝜃 𝒙
+𝐸0 𝑟𝑥𝑦cos 𝜃 +𝑟𝑦𝑦sin 𝜃 𝒚
𝒑 = cos 𝜃 𝒙 + sin 𝜃 𝒚
𝒄 = − sin 𝜃 𝒙 + cos 𝜃 𝒚
parallel polarization reflectance
crossed polarization reflectance
𝑅𝑝 =1
𝐸02 𝑬𝑟 ∙ 𝒑 𝟐
𝑅𝑐 =1
𝐸02 𝑬𝑟 ∙ 𝒄 𝟐
reflected light polarization incident polarization
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400 500 600 700 800
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0
15
30
45
60
75
90
refl
ecta
nce
wavelength / nm
400 500 600 700 800
0.00
0.05
0.10
0.15
400 500 600 700 800
0.00
0.05
0.10
0.15
0
15
30
45
refl
ecta
nce
wavelength / nm
45
60
75
90
wavelength / nm
parallel polarization
cross polarization
Polarization dependent reflectance
𝜃 𝜃 (𝐸 ∥ 𝑥)
(𝐸 ∥ 𝑦)
y
x
E0 along x or y E0 is 45 degree to x and y
y
x
𝜃
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マエモンジャコウアゲハの構造色
・多結晶なフォトニック結晶による構造色
・配向はランダムではなく、反射率を高めるのに適した<110>方向
なぞ
・ジャイロイド構造の発生過程は?
・どうやって配向をそろえる?
Parides sesostris
まとめ
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Weevil - Lamprocyphus augustus
Galusha et al. Phys Rev. E 77, 050904(R) (2008)
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H. Ghiradella, J. Morphology 202:69-88(1989).
1mm
1.2 mm 0.75 mm
マエモンジャコウアゲハ
サナギの段階でのTEM
膜(滑面小胞体)の物理で
微細構造形成過程が
できるはず。