Пір'я павича може випромінювати лазерне світло. Як вчені дійшли до цього відкриття?
Американські дослідники виявили незвичну властивість декоративного пір’я індійського павича – воно здатне випромінювати лазерне світло.
Якщо ввести в пірʼя флуоресцентну фарбу родамін 6G і провести спеціальний цикл змочування й сушіння, то під дією лазерного випромінювання пір’я починає світитися.
Відповідне дослідження опублікували в журналі Scientific Reports.
Як вчені знайшли лазер у "павичевому оці"?
Дослідники Політехнічного університету Флориди та Державного університету Янгстауна обробили хвостові пера самців індійського павича (Pavo cristatus), зокрема плями, що нагадують очі, розчином флуоресцентного барвника – родаміну 6G.
Цей барвник має властивість світитися у відповідь на зовнішнє лазерне опромінення.
У ході експерименту вчені неодноразово наносили на "павичеве око" хвостового пера розчин родаміну й давали йому висохнути.
Випромінювання фіксували після останнього циклу змочування та висушування, коли пір’я ще було вологим.
Виявилося, що незалежно від кольору ділянки, пір’я з різних зразків демонструвало однаковий набір довжин хвиль лазерного випромінювання.
Раніше лазерні ефекти, зафіксовані в органічних матеріалах (як-от кістках, пір’ї чи тканинах), пояснювали так званим "випадковим" лазером.
У такому випадку світло багаторазово відбивається всередині матеріалу, створюючи підсилення без жорсткої геометрії резонатора. Але в цьому випадку такий механізм не підтвердився.
Науковці дійшли висновку, що лазерне світіння виникає завдяки малим, але впорядкованим структурним елементам усередині борідок пера.
Ці "приховані" резонатори розташовані по всьому "оку" і спрацьовують незалежно від кольору, навіть у коричневих і жовтих зонах, які взагалі не мають потрібного відбивного спектра.
Особливо інтенсивне випромінювання фіксували з "зеленої" частини пера – там віддзеркалення найбільше збігається з флуоресцентним максимумом родаміну 6G.
Щоб виникло лазерне підсилення, вченим доводилось застосовувати лазерні імпульси високої інтенсивності, але нижчі, ніж для класичного "випадкового" лазера.
Цікаво, що структури, які викликають лазерний ефект, не збігаються з фотонними кристалами, відповідальними за яскраве райдужне забарвлення пір’я – ті радше створюють колір, але не забезпечують необхідного зворотного зв’язку для лазера.
Замість розмитого флуоресцентного світіння, зразки випромінювали чіткі лазерні піки. Це свідчить про існування внутрішніх резонаторів у мікроструктурі пера.
Ці піки повторювались у різних зразках і в різних кольорових зонах пера – навіть там, де вчені не очікували побачити структурований фотонний зворотний зв’язок.
Така повторюваність виключає випадковий характер випромінювання і натомість вказує на наявність прихованих, регулярних структур, які забезпечують лазерний резонанс.
І що це дає?
Лазерне світіння, спричинене введенням фарби у пір’я павича, виявляє стабільні мікроструктури, які не видно під мікроскопом.
Вчені кажуть, що лазерна спектроскопія може бути ефективним методом аналізу складної біологічної структури – зокрема тоді, коли мікроскопічні методи візуалізації обмежені або не дають повної картини.
До того ж, ця методика не потребує руйнування зразка. Отже, вчені зможуть використати новий спосіб дослідження і для інших складних біологічних тканин.
