Modelado electromagnético de estructuras biomiméticas - Urquía, Gonzalo Martín (2024)
En esta Tesis se investigan propiedades ópticas específicas y mecanismos de generación de color estructural que aparecen en distintas especies de aves y reptiles debido a la interacción de la luz con las microestructuras complejas presentes en sus tejidos. Se pretende utilizar los mecanismos físicos y propiedades investigadas para diseñar estructuras fotónicas artificiales con efectos de color sintonizables. La investigación se aborda desde el punto de vista electromagn ético, aplicando y extendiendo el método Korringa-Kohn-Rostoker (KKR), que es un método riguroso que tiene en cuenta el carácter vectorial del campo eléctrico. Se estudia la respuesta óptica de estructuras constituidas por apilamientos de capas paralelas de esferas periódicamente distribuidas formando un arreglo triangular bidimensional. Se considera el caso de esferas homogéneas y el de esferas formadas por un núcleo y un recubrimiento. Dado que toda estructura natural presenta cierta irregularidad, para modelar en forma adecuada la respuesta óptica producida por las microestructuras estudiadas, se aplican distintas técnicas de promedios en el marco del método KKR. En esta Tesis también se presenta una novedosa estrategia de diseño inverso, a través de la implementación de una red neuronal profunda, para predecir los parámetros geométricos de una estructura de esferas que produce un color reflejado predeterminado. Se muestra que los colores producidos por las estructuras optimizadas son muy similares a los originales. Si bien esta optimización se realiza para una estructura específica, el enfoque utilizado en esta Tesis podría aplicarse a la optimización y diseño de otras estructuras artificiales con propiedades de color específicas, como cristales fotónicos 3D.