Influence of basal melanin in the electromagnetic response of regular and weakly disordered photonic crystals

Abstract

Motivados por la generación de color estructural en el plumaje de algunas especies de aves, que en sus barbas combinan una disposición cuasi regular de huecos de aire en una matriz de queratina (matriz esponjosa) con una capa de gránulos de melanina en su base, en este trabajo estudiamos la influencia de la base de melanina en la respuesta óptica de cristales fotónicos regulares y débilmente desordenados. Mediante la aplicación de dos métodos electromagnéticos rigurosos, investigamos el efecto producido por una capa basal de gránulos de melanina sobre la respuesta reflejada de cristales fotónicos regulares y ligeramente irregulares que comprenden infinitos cilindros (2D) o esferas (3D). Los resultados muestran que incluso para unas pocas capas de dispersores, la respuesta reflejada se rige por la geometría, la distribución y los materiales que componen la matriz esponjosa, y solo depende débilmente de la presencia de melanina. Este resultado se verifica tanto para estructuras 2D como 3D, y para sistemas finitos e infinitos, indicando una tendencia general.

Motivated by the structural color generation in the plumage of some species of birds, which in their barbs combine a quasi-regular arrangement of air voids in a keratin matrix (spongy matrix) backed by melanin granules, in this work we study the influence of basal melanin on the optical response of regular and weakly disordered photonic crystals. By applying two rigorous electromagnetic methods, we investigate the effect produced by a basal layer of melanin granules on the reflected response of regular and slightly irregular photonic crystals comprising infinite cylinders (2D) or spheres (3D). The results show that even for a few layers of scatterers, the reflected response is governed by the geometry, distribution and materials comprising the spongy matrix, and is only weakly dependent on the presence of melanin. This result is found for both 2D and 3D structures, and for finite and infinite systems, indicating a general trend.