Esta página desarrolla contenidos del artículo "Iridiscencia y cristales fotónicos en Bachillerato", publicado en 2022 en la Revista Española de Física (Autores: Manuel Alonso Orts y Manuel Alonso Sánchez), el cual ha obtenido el Premio de Física 2023 de la Real Sociedad Española de Física y BBVA a la Mejor Contribución a las Publicaciones de la RSEF en la modalidad de Enseñanza.

Aunque, como hemos dicho,  estas estructuras fotónicas se denominan estrictamente reflectores de Bragg, también es adecuado llamarlas “cristales fotónicos de una dimensión", ya que, de forma más general, un cristal fotónico  es un material multicapa con un cambio periódico en el índice de refracción, es decir, en el que se combinan, siguiendo un determinado orden, capas de dos o más materiales diferentes. Dependiendo de si el índice de refracción es periódico en una, dos o tres dimensiones, cabe considerar cristales fotónicos unidimensionales (1D), bidimensionales (2D) y tridimensionales (3D). 

Un ejemplo de animal que exhibe unos colores estructurales espectaculares es el pavo real. Las imágenes de sus alas (a y c) tomadas por un microscopio electrónico (b y d) muestran la existencia de cilindros de melanina de tamaño nanométrico equidistantes (son los puntos negros de las imágenes adjuntas b y d), con lo que se conforma un cristal fotónico 2D, en el que los dos medios que se alternan son la melanina que impregna a los cilindros y el aire que ocupa los huecos entre ellas. Por tanto, no es la composición química de la melanina lo que determina el color verde y azul de las alas del pavo real (como hemos visto, la melanina es un pigmento que sí determina, por ejemplo, el color de nuestra piel, dándole un tono marrón), sino que los vivos colores que exhibe el pavo cuando abre y agita sus alas se deben a las interferencias que tienen lugar entre los rayos de luz reflejados por esta estructura de cristal fotónico bidimensional. Se trata pues de un color estructural, siendo, en este caso, la separación entre los cilindros lo que determina los colores verdes y azules que se alternan en sus alas.

Por otra parte, como muestran las imágenes adjuntas, esta estructura fotónica evoluciona a lo largo de la vida del pavo real, haciendo que las alas del  pavo real adulto (imagen a) muestren  colores más vivos y espectaculares, que los que muestran las alas del pavo real joven (imagen c).

"Classification of peacock feather reflectance using principal component analysis similarity factors from multispectral imaging data" (Artículo de José M. Medina, José A. Díaz,y Pete Vukusic, publicado en 2015 en la revista Optics Express)

Conviene darse cuenta de que esta estructura a base de cilindros es mucho más idónea para producir las interferencias (con independencia de cuál sea la orientación que la luz que ilumina las alas) que si se tratara, por ejemplo, de cubos. Esto es así porque la forma circular que ofrecen dichos cilindros hace simétrico al cristal fotónico con respecto a la luz que incide sobre ellos, resultando equivalentes diferentes ángulos de incidencia de dicha luz. Como veremos en la página siguiente, este es un ejemplo en el que la naturaleza ha ayudado a la investigación en cristales fotónicos, enseñando patrones regulares (circulares, laberínticos) que son eficaces para producir las iridiscencias. Por otro lado, como toda característica biológica, los cristales fotónicos presentes en las alas del pavo real no son casuales, sino que ofrecen a este animal ventajas evolutivas: Cuando el pavo real abre y agita sus alas, modifica los ángulos de salida de los rayos que producen las interferencias, y esto le permite exhibirse y atraer a las hembras.

Otro ejemplo de cristal fotónico en animales lo brindan algunas especies de mariposa "Morpho", que llaman mucho la atención por el espectacular brillo azul de sus alas.

Una característica muy notable de estas estructuras presentes en algunos seres vivos (además de en animales, también existen, por ejemplo, en las hojas de algunas plantas, en algas marinas, en algunas conchas de moluscos, etc.) es el hecho de que, bajo determinadas circunstancias, pueden cambiar, lo que produce a su vez cambios en el efecto de color estructural, que pueden ser muy útiles para los animales que las portan. Así ocurre con el camuflaje del llamado camaleón pantera ("Furcifer pardalis"), que puede cambiar de color gracias a una red activa de nanocristales de guanina existentes en la superficie de su piel.