Hírek

Az evolúció csillagászati számokban mérhető „mérnökórányi” munkát végzett el. Vétek ezt kihasználatlanul hagyni! Minél többet tanulunk meg a lepkék és bogarak szárnyának felépítéséről, annál jobban csodálom a természetet! – jellemezte munkamódszerét honlapunk kérdésére Biró László Péter, az MTA MFA kutatója, aki kutatócsoportjával a természettől ellesett szerkezeteket használja föl új optikai tulajdonságú mesterséges anyagok előállításához.

A rovarok színpompás világa új ötleteket adhat a különböző fényhatásokat mutató anyagok előállításán dolgozó tudósoknak. Biró László Péter, az MTA MFA kutatójának érdeklődését egy, a rózsabogárfélék családjába tartozó, Tajvanon honos rovar keltette föl, amelynek kültakarója a narancssárgától a zöldön át az ibolyáig sokféle élénk színt produkál. Kutatócsoportjával vizsgálataik során arra keresték a választ, milyen módon befolyásolja a fény terjedését és visszaverődését a bogarak kitinpáncéljának szerkezete, vagyis hogyan épül fel az a fotonikus nanoarchitektúta, amely a szemetgyönyörködtető színeket létrehozza. Innen már csak egy lépés volt ennek a biológiától ellesett szerkezetnek a mesterséges előállítása. E speciális fénytani tulajdonságokkal rendelkező nanokompozitokat alkalmazhatják majd elektronok helyett fénnyel működő számítógépekben, a napfényben is jól látható képernyőkön vagy festékanyag nélkül színezett textil létrehozásához. Az MTA MFA Nanoszerkezetek Osztályán Biró László Péter vezetésével dolgozó kutatócsoport évek óta foglalkozik a bioinspirált fotonikus nanoarchitektúrák kutatásával. Legutóbbi eredményüket a Royal Society Interface című folyóiratában publikálták , a munka BBC NEWS figyelmét is felkeltette.

A lepkeszárnyakról már sokat megtudtunk a nanotechnológiai kutatások kapcsán, de hogyan jutott eszükbe bogarakat tanulmányozni? – kérdésünkre Biró László Péter egy történettel felet. –  Tajvanon tartottam meghívott előadást a lepkékben előforduló fotonikus nanoarchitekturákról – ezek olyan nanokompozitok, amelyek képesek megváltoztatni a fény terjedését, és ez által úgynevezett „fizikai színt” előidézni, ami nem festékanyagoknak tulajdonítható. Az előadás után odajött hozzám egy PhD-hallgató, és megmutatott három azonosnak látszó bogarat, amelyeknek narancssárga, zöld és ibolyaszínük volt. Azt állította, így fordulnak elő a természetben, és kíváncsi volt, mi lehet a színképzés mechanizmusa. A dolog eléggé meglepőnek tűnt, elkértem a bogarakat, és több hónapos munkával feltártuk a nanoarchitektúra szerkezetét és jellemeztük optikailag. Azután rájöttünk, hogy a biológia szerkezet mintájára egy új típusú fotonikus kristályszerkezetet tudunk mesterségesen létrehozni. Még néhány hónapi munkával ez sikerült is.

Ennek a tajvani bogárfajnak (Trigonophorus rothschildi varians) a kültakarójában újszerű, szabályos rétegszerkezet és a rétegekre merőleges nanorudak együtteséből felépülő szerkezetet tártak fel a kutatók, amelyet interkalált fotonikus nanoarchitektúrának neveztek el. A bogár színét a rétegek távolsága, míg a szín észlelhetőségének szögét a véletlenszerűen elhelyezkedő nanorudak határozzák meg. Ez az élővilágtól ellesett szerkezet szolgált mintául a mesterségesen előállított bioinspirált nanoarchitektúra kialakításához. – Ezt a mesterséges anyagot  olyan módszerekkel állítottuk elő, amelyek közül az egyik, a vékonyréteg leválasztás, a tudományban és a technikában sok évtizede használt eljárás – magyarázta az mta.hu kérdésére Biró László Péter. – Ezzel néhányszor tíz nanométer vastag, egymást váltogató félvezető és oxid rétegeket hoztunk létre egymáson, egy úgynevezett multiréteget. Ez régóta ismert és alkalmazott szerkezet az optikában, más néven Bragg reflektornak is hívják. Sajátossága, hogy tűkörszerűen viselkedik. A most vizsgált bogáron viszont nem ezt tapasztaltuk, szinte minden szög alatt látható volt a színe. Ez a multirétegen véletlenszerű elrendezésben áthaladó oszlopos szerkezetnek tulajdonítható, és pontosan ezzel adott nekünk új ötletet a bogár – mondta el Biró professzor.

A biológiai szerkezet adta ötletből azután az anyagtudományi szakemberek újfajta fotonikus tulajdonságú anyagot állítottak elő. – A Magyarországon elsőként az MFA-ban üzembeállított fokuszált ionsugaras (FIB) nanomegmunkáló berendezés segítségével száznanométeres lyukak mintázatát fúrtunk a multirétegbe szabályos négyzetrács, illetve egy véletlenszerű mintázat szerint. Ez utóbbi úgy viselkedett, mint a biológiai inspirációs forrás: azaz, a multiréteg jellemző színe olyan körülmények között is látható, amikor a megmunkálatlan multiréteg nem ad színt. Sikerült létrehoznunk egy újszerű fotonikus nanoarchitektúrát, amelyet interkaláltnak neveztünk el. Ez arra utal, hogy ugyanabban a térfogatban két különböző fotonikus nanoarchitektura található, úgy, hogy kölcsönösen áthatolnak egymáson. Az új szerkezet legnagyobb előnyét az adja, hogy nem csak sajátos beesési szögek alatt látható az általa létrehozott szín, hanem a teljes féltérben, amelybe a visszaverődés irányul. Ezt sikerült meggyőzően igazulnunk számítógépes modellezéssel is – mondta el Biró László Péter.

Korábban: