Hva er en fotoniske krystaller?

March 2  by Eliza

Fotoniske krystaller, også kjent som fotoniske bandgap materialer, er periodiske nanostrukturer som kan selektivt direkte bølgelengder av lys i mye på samme måte som halvledere på en databrikke selektivt slipper gjennom visse elektroniske energi band. Begrepet "bandgap" bare refererer til hull i den spektrale bånd av lys skinner gjennom. En regnbueørret, for eksempel, mangler båndhull, fordi vann er transparente og ikke absorberer noen bestemt frekvens. En regnbue går gjennom en fotoniske krystaller ville ha selektive åpninger avhengig av den bestemte nanostrukturen i krystallet.

Det er et par av naturlige materialer som omtrentlige strukturen til en fotoniske krystaller. En av dem er gemstone opal. Sin regnbuelignende irise skyldes periodiske nanostrukturer innenfor. Periodisiteten av nanostrukturen bestemmer hvilke bølgelengder av lys som tillates gjennom, og som ikke er. Perioden av strukturen må være halvparten av bølgelengden av det lys som slippes gjennom. Bølgelengdene tillatte passasje er kjent som "modes" mens de forbudte bølgelengder er de fotoniske bandet hullene. En opal er ikke en ekte fotoniske krystaller fordi det mangler et komplett band gap, men det er tilnærmet en tett nok i forbindelse med denne artikkelen.

En annen naturlig forekommende materiale som inkluderer en fotoniske krystaller er vingene av noen sommerfugler som slekten Morpho. Disse gir opphav til vakre blå iriserende vinger.

Fotoniske krystaller ble først studert av den kjente britiske forskeren Herre Raleigh i 1887. En syntetisk endimensjonale fotoniske krystaller kalles en Bragg speil var gjenstand for sine studier. Selv om Bragg-speilet i seg selv er en todimensjonal overflate, er det bare produserer bandet gap kraft i en dimensjon. Disse er blitt anvendt for å produsere reflekterende belegg hvor refleksjonsbåndet tilsvarer den fotoniske båndgap.

Hundre år senere, i 1987, Eli Yablonovitch og Sajeev John antydet muligheten for to- eller tre-dimensjonale fotoniske krystaller, som ville produsere bandets hull i flere ulike retninger samtidig. Det ble raskt innså at slike materialer vil ha en rekke bruksområder i optikk og elektronikk, for eksempel LED, optisk fiber, nanoscopic lasere, ultrawhite pigment, radioantenner og reflektorer, og selv optiske datamaskiner. Forskning på fotoniske krystaller pågår.

En av de største utfordringene i fotoniske krystaller forskning er den lille størrelsen og presisjon kreves for å produsere bandet gap effekt. Syntetisere krystaller med stilnanostrukturer er ganske vanskelig med dagens produksjonsteknologier som for eksempel fotolitografi. 3-D fotoniske krystaller har blitt designet, men bare fabrikkert på et svært begrenset omfang. Kanskje med bruk av bottom-up produksjon, eller molekylær nanoteknologi vil masseproduksjon av disse krystallene blir mulig.

  • En regnbue går througha fotoniske krystaller ville ha selektive åpninger avhengig av den bestemte nanostrukturen i krystallet.