Qu'est-ce qu'un cristal photonique?

Les cristaux photoniques, également connus sous le nom de matériaux de bande interdite photonique, sont des nanostructures périodiques qui peuvent dire sélectivement les longueurs d'onde de lumière de la même manière que les semi-conducteurs sur une puce d'ordinateur, laissez sélectivement certaines bandes d'énergie électronique.Le terme «bande interdite» fait simplement référence aux lacunes dans la bande spectrale de lumière qui brille.Un arc-en-ciel, par exemple, manque de lacunes de bande, car l'eau est transparente et n'absorbe aucune fréquence spécifique.Un arc-en-ciel passant par un cristal photonique aurait des lacunes sélectives en fonction de la nanostructure particulière dans le cristal.

Il existe quelques matériaux naturels qui approximativement la structure d'un cristal photonique.L'un d'eux est l'opale de pierre précieuse.Son irisation de type arc-en-ciel est causée par des nanostructures périodiques à l'intérieur.La périodicité de la nanostructure détermine quelles longueurs d'onde de lumière sont autorisées et celles ne sont pas.La période de la structure doit être la moitié de la longueur d'onde de la lumière autorisée.Les longueurs d'onde autorisées sont appelées «modes» tandis que les longueurs d'onde interdites sont les lacunes de la bande photonique.Une opale n'est pas un véritable cristal photonique car il n'a pas une bande interdite complète, mais elle se rapproche de l'une assez étroitement aux fins de cet article.

Un autre matériau naturel qui comprend un cristal photonique est les ailes de certains papillons tels que le genreMorpho.Ceux-ci donnent naissance à de belles ailes irisées bleues.

Les cristaux photoniques ont d'abord été étudiés par le célèbre scientifique britannique Lord Raleigh en 1887. Un cristal photonique unidimensionnel synthétique appelé Bragg Mirror a fait l'objet de ses études.Bien que le miroir Bragg lui-même soit une surface en deux dimensions, il ne produit que l'effet de bande interdite en une seule dimension.Ceux-ci ont été utilisés pour produire des revêtements réfléchissants où la bande de réflexion correspond à la bande interdite photonique.

Cent ans plus tard, en 1987, Eli Yablonovitch et Sajeev John ont suggéré la possibilité de cristaux photoniques deux ou tridimensionnels, qui produiraient des lacunes dans plusieurs directions différentes à la fois.Il a été rapidement réalisé que ces matériaux auraient de nombreuses applications en optique et en électronique, telles que les LED, les fibres optiques, les lasers nanoscopiques, les pigments ultrawhites, les antennes radio et les réflecteurs, et même les ordinateurs optiques.La recherche sur les cristaux photoniques est en cours.

L'un des plus grands défis de la recherche sur les cristaux photoniques est la petite taille et la précision nécessaires pour produire l'effet de bande interdite.La synthèse des cristaux avec des nanostructures d'époque est assez difficile avec les technologies de fabrication actuelles telles que la photolithographie.Les cristaux photoniques 3D ont été conçus mais fabriqués uniquement à une échelle extrêmement limitée.Peut-être avec l'avènement de la fabrication ascendante ou de la nanotechnologie moléculaire, la production de masse de ces cristaux deviendra-t-elle possible.