Тут коварные учёные выдернули перо из надхвостья индийского павлина и замутили из него резонатор для лазера.

Павлиньи перья известны своим переливающимся цветом. Он создается не пигментом, а наноструктурой внутри пера. Она отражает и преломляет свет. Такие структуры ещё называют фотонными кристаллами.

Что-то похожее мы не видели на цветах, потому что они наносят посадочную разметку для пчёл и ультрафиолетом, и наноструктурами. Вот, кстати, самый красивый пост канала про это.

Итак, злопамятные учёные взяли перо из глазка на хвосте павлина. Там разные цветные зоны. Перо много раз пропитывали раствором флуоресцентного красителя — Родамина 6G (Rhodamine 6G). Он при освещении может усиливать свет.

Из фотонных кристаллов можно делать лазерные резонаторы. Для целого лазера ещё нужна усиливающая среда (это краситель, он, условно, может добавлять фотоны из-за подведённой энергии) и сам источник энергии (накачка). Перо запитали прямо от другого лазера и оно начало светить лазерными импульсами само.

На подготовленный участок пера направляли короткие и мощные импульсы зеленого лазера (длина волны 532 нм). Этот лазер служил «накачкой», то есть давал энергию красителю. Спектрометром измеряли, какой свет излучает само перо в ответ на накачку. Они искали признаки лазерного излучения — очень узкие и яркие пики на определенных длинах волн.

И — лазерный эффект есть!

Почему не запитали от тока, как светодиоды — потому что кератин (белок пера) изолятор. Почему не запитали от костра или вспышки — перо сгорает быстрее, и КПД низкий. Почему не запитали химической накачкой — потому что нет цели сделать лазерного павлина на экстракте перловки. Просто проверили структуры пера. Получилось пиу-пиу!

Перо, пропитанное красителем, действительно начало излучать свет как лазер. Причём перо излучало лазерный свет на одних и тех же длинах волн (в основном около 574 нм и 583 нм) независимо от того, на какую цветную часть глазка они светили — синяя, зеленая или коричневая зона.

В некоторых неупорядоченных средах может возникать «случайный лазер», гле лазерные пики появляются в непредсказуемых местах. Но здесь результат был строго повторяемым.

Внутри кератина есть очень регулярные и одинаковые по всему глазку микроструктуры. Они невидимы глазу и не участвуют в создании цвета. Многократные циклы смачивания и высушивания разрыхляют кератиновые волокна в пере, и краситель доходит до этих структур. А они уже начинают работать как крошечные, но очень качественные резонаторы.

Измерили порог накачки — минимальную энергию, при которой перо начинает работать как лазер. Оказалось, что этот порог ниже, чем у многих случайных лазеров, но выше, чем у качественных искусственных лазеров. То есть павлин может, в теории, сменить поставщика пера на более современного, там ещё есть, куда работать.

Сами резонаторы — не "шепчущие галереи" (когда свет бегает по кругу внутри микросферы или диска) — для такого лазера понадобились бы идеальные сферы или диски около 3,8 микрометра. Для пера не очень реалистично. Куда более вероятно, что это крошечные резонаторы Фабри-Перо. Это самый простой тип резонатора, состоящий из двух параллельных зеркал. Для генерации света на волнах 574 нм и 583 нм нужны резонаторы длиной всего ~92-93 нанометра. Возможно, это параллельные нити кератина, между которыми застревает краситель.

Результаты работы — узнали больше о биоматериалах, о выращивании домашних резонаторов и ведущий учёный наконец-то отмстил тому индюку, который клюнул его в детстве.

Работу принёс @the_toon, вот его канал про инженерную культуру.

--
Вступайте в ряды Фурье! Если вы потерялись в лесу, не паникуйте. Посмотрите на мох. Зелёный цвет успокаивает.