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Mapping the local dielectric constant of a biological nanostructured system

Résumé

The aim of this work is to determine the varying dielectric constant of a biological nanostructured system via electrostatic force microscopy (EFM) and to show how this method is useful to study natural photonic crystals. We mapped the dielectric constant of the cross section of the posterior wing of the damselfly Chalcopteryx rutilans with nanometric resolution. We obtained structural information on its constitutive nanolayers and the absolute values of their dielectric constant. By relating the measured profile of the static dielectric constant to the profile of the refractive index in the visible range, combined with optical reflectance measurements and simulation, we were able to describe the origin of the strongly iridescent wing colors of this Amazonian rainforest damselfly. The method we demonstrate here should be useful for the study of other biological nanostructured systems.

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Concepts associés (32)
Diélectrique
thumb|La séparation de charge dans un condensateur à plaques parallèles engendre un champ électrique interne. Le matériau diélectrique (en orange) réduit ce champ et augmente la capacitance. Un milieu est diélectrique (mot composé du préfixe grec (« au travers ») et électrique) s'il ne contient pas de charges électriques susceptibles de se déplacer de façon macroscopique. Le milieu ne peut donc pas conduire le courant électrique, et est souvent un isolant électrique.
Permittivité
La permittivité, plus précisément permittivité diélectrique, est une propriété physique qui décrit la réponse d'un milieu donné à un champ électrique appliqué. C'est une propriété macroscopique, essentielle de l'électrostatique, ainsi que de l‘électrodynamique des milieux continus. Elle intervient dans de nombreux domaines, notamment dans l’étude de la propagation des ondes électromagnétiques, et en particulier la lumière visible et les ondes utilisées en radiodiffusion. On la retrouve donc en optique, via l'indice de réfraction.
Relative permittivity
The relative permittivity (in older texts, dielectric constant) is the permittivity of a material expressed as a ratio with the electric permittivity of a vacuum. A dielectric is an insulating material, and the dielectric constant of an insulator measures the ability of the insulator to store electric energy in an electrical field. Permittivity is a material's property that affects the Coulomb force between two point charges in the material. Relative permittivity is the factor by which the electric field between the charges is decreased relative to vacuum.
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