ネオンテトラ

ニシキオオツバメガ

タマムシ

モルフォチョウ

ドバト

クジャク

再現発色基板

10°

25°

35°

45°

55°

65°

構造色：干渉＋α の発色機構 （α：構造不規則性、大きなサイズの構造、

色素の効果、色覚との対応、色可変性・・・）

マエモンジャコウアゲハ

直交偏光

50mm

平行偏光

マエモンジャコウアゲハ

試料

light source

polarizers

Xe lamp

対物

(Parides sesostris)

チョウの翅のフォトニック結晶

10 mm

走査電子顕微鏡観察

リッヂ

ハニカム層

フォトニック結晶

筋構造：リッヂ

2mm

透過電顕観察（断面） リッヂ

ハニカム

フォトニック結晶

リッヂ

ハニカム

フォトニック結晶 （多結晶）

2mm

1mm

tXZZYYX cossincossincossin

BCC lattice ：I4132

a: period t : related to filling ratio r

[1] K. Michielsen and D. G. Stavenga, J. R. Soc. Interface (2008) 5, 85-94

フォトニック結晶はジャイロイド構造[1]

t=-0.3

<100> <110> <111>

za

Zya

Yxa

X 2

,2

,2

　　

t=-0.3

λ=2nd

a2

22

a

221

a

2

222

a

反射波長は結晶方位に依存する

ブラッグ反射： 反射される光の波長と面間隔

Band structure of gyroid photonic crystal

L. Poladian et al., J. R. S. Interface, 6, S233-S242（2009）.

<110> <100> <111>

(normal incidence)

研究動機： 多結晶構造があるのに、 なぜおよそ一様に緑色なのか？

perfectly random aligned orientations

断面には緑には見えない部分がある

10 mm

仮説： 鱗粉の面には同じ結晶方位が向いている！？

フォトニック結晶の表面を見るために、ハニカム層を取り除く

油圧調整部

glass pipet

ハニカム層

フォトニック結晶

角度が少しい大きい

indicates large angle

ジャイロイド型フォトニック結晶の表面構造

45 degree tilted

{100}surface {110} surface

{111}surface

35 degree tilted

[100] [111] : 貫通する穴がある

[110] : 下側にあるクチクラの網が見える

tXZZYYX cossincossincossin

indicates large angle

[110] surface

<110> 方向が表面を向く。

54.7°

54.7°

70.6°

54°

54°

72°

54.5° 54° 71.5°

56°

54°

70°

<110> 方向は平均屈折率の変調が大きい ⇒ 高反射率

0.00 0.25 0.50 0.75 1.000.0

0.2

0.4

0.6

0.8

are

a fill

ing r

atio

reduced distance over one period

100 110 111

<100> <110> <111>

L. Poladian et al., J. R. S. Interface, 6, S233-S242（2009）.

<110> <100> <111>

直交偏光のスペクトルは ＜１１０＞方向から光を入射させて再現できるか？

直交偏光 平行偏光

偏光依存性は説明ができるだろうか？

＜１１０＞

クロス偏光観察。入射光の偏光が90度回ると同じようにみえる。

0° 15° 30°

45° 60° 75°

90° 105° 120°

135°

150° 165°

similar

0°

SEM observation

0°

SEM observation

polarizations of bright appearance

厳密結合波解析（RCWA）を用いた反射率の理論計算

y

dg

z

x

nI

nII

nrd ngr q

region I

region II, substrate

f

Lx

Ly

incidence

unit tile (periodic in x &y directions)

2𝑎 × 𝑎 𝑎 = 300 𝑛𝑚

thickness: 8 periods

8 × 2𝑎 = 3.4 μm

𝑛 = 1.55

harmonics of expansion: -7 to 7 slice (layer) number : 160

refractive index

y

x

1 E & H fields are expanded into Fourier series in each layer.

2 Boundary conditions are imported to determine expansion coefficients.

Polarization dependent reflectance

(110) surface y

◎

z x

𝑟𝑥𝑥 𝑟𝑥𝑦 𝑟𝑦𝑦 𝑟𝑦𝑥

𝑬 = 𝐸0 cos 𝜃 𝒙 + 𝐸0 sin 𝜃 𝒚

𝜃

incident polarization

𝑬𝑟 = 𝐸0 𝑟𝑥𝑥cos 𝜃 +𝑟𝑦𝑥sin 𝜃 𝒙

+𝐸0 𝑟𝑥𝑦cos 𝜃 +𝑟𝑦𝑦sin 𝜃 𝒚

𝒑 = cos 𝜃 𝒙 + sin 𝜃 𝒚

𝒄 = − sin 𝜃 𝒙 + cos 𝜃 𝒚

parallel polarization reflectance

crossed polarization reflectance

𝑅𝑝 =1

𝐸02 𝑬𝑟 ∙ 𝒑 𝟐

𝑅𝑐 =1

𝐸02 𝑬𝑟 ∙ 𝒄 𝟐

reflected light polarization incident polarization

400 500 600 700 800

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0

15

30

45

60

75

90

refl

ecta

nce

wavelength / nm

400 500 600 700 800

0.00

0.05

0.10

0.15

400 500 600 700 800

0.00

0.05

0.10

0.15

0

15

30

45

refl

ecta

nce

wavelength / nm

45

60

75

90

wavelength / nm

parallel polarization

cross polarization

Polarization dependent reflectance

𝜃 𝜃 (𝐸 ∥ 𝑥)

(𝐸 ∥ 𝑦)

y

x

E0 along x or y E0 is 45 degree to x and y

y

x

𝜃

マエモンジャコウアゲハの構造色

・多結晶なフォトニック結晶による構造色

・配向はランダムではなく、反射率を高めるのに適した<110>方向

なぞ

・ジャイロイド構造の発生過程は？

・どうやって配向をそろえる？

Parides sesostris

まとめ

Weevil - Lamprocyphus augustus

Galusha et al. Phys Rev. E 77, 050904(R) (2008)

H. Ghiradella, J. Morphology 202:69-88(1989).

1mm

1.2 mm 0.75 mm

マエモンジャコウアゲハ

サナギの段階でのTEM

膜（滑面小胞体）の物理で

微細構造形成過程が

できるはず。