После углубленных исследований по объяснению физики фотонной запрещенной зоны в структурированных фотонных материалах был разработан новый метод, позволяющий охарактеризовать внутренние структуры природных материалов и воспроизвести их взаимодействие со светом с помощью 3D-печати керамики. Внутренняя структура материалов и их локальная однородность определяют их способность рассеивать, поглощать, отражать и пропускать свет.В ходе этого исследования исследователи обнаружили прямую связь между однородностью внутренней структуры (в масштабе длин волн) и ее способностью блокировать определенные длины волн в природных материалах.
Вооружившись этими знаниями, исследователи разработали новую математическую метрику для измерения того, какие фотонные структуры лучше всего контролируют распространение света, что позволило создавать новые материалы с различными функциональными возможностями в зависимости от необходимости.Проверяя теорию, исследователи с помощью 3D-керамического принтера разработали первую в истории аморфную гироидную структуру (треугольник) с запрещенными зонами, которая похожа на структуру некоторых крыльев бабочек.
Подобно структурам, встречающимся в природе, эти структуры могут отражать и поглощать световые, звуковые и тепловые волны, что позволяет создавать теплоотводящие оконные пленки и краски для повышения энергоэффективности зданий и транспортных средств.Ведущий автор, доктор Мариан Флореску из Университета Суррея, сказал: «Поистине удивительно, что то, что мы считали искусственным дизайном, могло естественным образом присутствовать в природе.
«Это открытие повлияет на то, как мы будем проектировать материалы в будущем, чтобы управлять их взаимодействием со светом, теплом и звуком».Это исследование было опубликовано в журнале Nature.