כך נוצרים צבעי הכנף המרהיבים

רבים מהצבעים שאנו רואים בטבע נוצרים בעזרת צִבְעָנים (פיגמנטים), חומרים כימיים שבולעים אור באורכי גל מסוימים ומחזירים אחרים. עם זאת, הצבעים המרשימים באמת, הגוונים המבריקים שנראים כמעט מתכתיים, כמו הצבע של אבן החן לֶשֶם (אוֹפָּל), של חיות רבות ושל חלק מהצמחים, הם צבעים פיזיקליים. הם קרויים כך מאחר שמקורם אינו בפיגמנטים אלא בתופעות פיזיקליות: שבירה, הפרדה והסטה של האור. מבנים מולקולריים מיוחדים גורמים לכך שגלי האור המוחזרים מהם מתאבכים. כתוצאה מכך חלק מגלי האור מגבירים אלה את אלה ואחרים מבטלים אלה את אלה, ומה שמתקבל אלה צבעים שנראים לנו בוהקים.

מקור הצבעים הפיזיקליים היפהפיים של כנפיהם מכוסות הקשקשים של פרפרים מסוימים הוא במבנים גירואידים – מבנים תלת-ממדיים מורכבים וזעירים במיוחד (ננו-מבנים), הבנויים כמשטחים מעוקלים השזורים זה בזה.

כדי להבין איך סידור המבנים האלה בקשקשי הכנפיים מעניק להם צבע אחיד ומבריק, בחנו אנדרי סינגר (Singer), מאוניברסיטת קליפורניה בסן דייגו, ועמיתיו קשקש יחיד מכנפיו של הפרפר קאיזר אי הינד ("קיסר הודו", Teinopalpus imperialis). במאמר שפורסם בכתב העת Science Advances הם דיווחו שפענוח המבנים באמצעות עקיפה בקרני רנטגן חשף כי הגירואידים בקשקש מאורגנים כך שהם נוטים לכיוון דומה. הדמיון הזה מסביר מדוע צבע הקשקש נראה אחיד.

בנוסף מצאו החוקרים בחלק מהגירואידים פגמים קטנים, או אי-סדירויות במבנה שלהם. למילה פגם יש קונוטציה שלילית, אך פגמים קטנים יכולים לשפר תכונות של חומרים, למשל לשפר את העמידות של מתכות או לשנות תכונות של גרפן (סוג של חומר). במקרה של כנפי הפרפר, הפגמים בגירואידים משפיעים על פיזור האור הפוגע בהם בצורה שמגבירה את הבוהק של הכנפיים.

הבנת הננו-מבנים בכנפי הפרפרים תוכל לעזור לנו ליצור חומרים מלאכותיים שיחקו את התכונות שלהם. לאחרונה יצרה קבוצת חוקרים מאוסטרליה מבנים גירואידים כמו אלו שבכנפי הפרפר כחליל ירוק (Callophrys rubi), על ידי גילוף של שרף מיוחד באמצעות לייזר (optical two-beam lithography). המבנים המלאכותיים שהתקבלו הפיקו צבע כחול-ירוק בוהק, כמו צבע כנפי הכחליל, אך היו קטנים יותר וחזקים יותר מהמבנים שבכנפי הפרפר וכן אחידים יותר. כמו כן, בזכות הסידור שלהם הננו-מבנים המלאכותיים מסוגלים להפריד בין קרני אור על פי הקיטוב המעגלי שלהן.

התכונה הזאת עשויה לסייע בהעברת מידע בתקשורת מבוססת אור או בשמירתו. לדעת החוקרים, המבנים הגירואידים המודפסים שייצרו יאפשרו לבנות רכיבים אלקטרואופטיים זעירים, מאחר שגודלם הקטן מאפשר לדחוס רבים מהם על שבב יחיד, וחוזקם מבטיח שלא יקרסו.