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21.01.2004

Künstlicher Schmetterlingsflügel schillert wie sein natürliches Vorbild

Neues Verfahren könnte als Oberflächenbehandlung in Zukunft herkömmliche Farben ersetzen

Amerikanische Wissenschaftler haben die farbig schillernden Strukturen eines Schmetterlingsflügels künstlich nachgebaut. Die Kopie besteht wie ihre natürlichen Vorbilder aus vielen kleinen Beugungsgittern, die weißes Licht über einen weiten Winkelbereich als blau reflektieren. Die winzigen Gitter könnten in Zukunft herkömmliche Oberflächenbehandlungen mit Farbstoffen oder Pigmenten ersetzen.

Im Licht eines Lasers zeigt sich das raffinierte Beugungsmuster der mit Elektronenstrahl-Lithographie behandelten Oberfläche. Bild: Mool Gupta
Beugungsmuster, Bild: Mool Gupta

Die prächtig schillernden Farben von Schmetterlingsflügeln entstehen durch winzige, gitterartige Oberflächenstrukturen. Das ist schon seit längerem bekannt. Diese so genannten Beugungsgitter spalten weißes Licht bei Reflexion in seine farbigen Bestandteile auf. Einzelne Farben werden dabei unter verschiedenen Winkeln reflektiert. Im Gegensatz zu herkömmlichen Beugungsgittern können die schillernden Farben eines Schmetterlings erstaunlicherweise unter vielen unterschiedlichen Winkeln wahrgenommen werden.

Der Optik-Experte Mool Gupta von der Old Dominion University in Virginia und seine Kollegen haben nun mit der so genannten Elektronenstrahl-Lithographie eine künstliche Version dieser Strukturen hergestellt. Dabei bricht ein Elektronenstrahl die Kohlenstoffbindungen einer organischen Oberfläche auf. Durch gezielte Ablenkung des Strahls kann die Oberfläche wie gewünscht mit sehr feinen Strukturen versehen werden.

Jedes Sechseck der Struktur ergibt eine andere Ausrichtung des erzeugten Beugungsmusters. Bild: Mool Gupta
Sechseck-Struktur Grafik,  Bild: Mool Gupta

Der von Gupta und seinen Kollegen auf diese Weise hergestellte "Flügel" besteht dabei aus Bereichen winzig kleiner Beugungsgitter, die in einer Honigwabenstruktur angeordnet sind. Die Beugungsmuster aneinander angrenzender Sechsecke sind dabei zusätzlich gegeneinander verdreht – eine Struktur, wie sie auch bei den Flügeln zahlreicher Schmetterlinge anzutreffen ist.

Die Oberflächenstrukturen selbst sind nur 125 Nanometer (Millionstel Millimeter) tief und 220 Nanometer breit. Wird der künstliche Flügel mit Licht bestrahlt, reflektiert er tatsächlich blaues Licht in viele verschiedene Blickrichtungen zurück. Gupta hofft, seine Entwicklung in Zukunft für die Behandlung von Oberflächen einsetzen zu können. Mit den feinen Strukturen könnten dann Farbwirkungen ähnlich wie mit herkömmlichen Farbstoffen oder Pigmenten erzielt werden.

Weiterführende Informationen

Weitere Informationen in Englisch finden Sie auf der Seite des Fachmagazins Optics Letters