Hva er en fotonisk krystall?

Fotoniske krystaller, også kjent som fotoniske båndgapmaterialer, er periodiske nanostrukturer som selektivt kan direkte bølgelengder av lys på omtrent samme måte som halvledere på en datamaskinbrikke selektivt slippes gjennom visse elektroniske energibånd.Begrepet "bandgap" refererer bare til hull i det spektrale lysbåndet som skinner gjennom.En regnbue, for eksempel, mangler båndhull, fordi vann er gjennomsiktig og ikke absorberer noen spesifikk frekvens.En regnbue som går gjennom en fotonisk krystall ville ha selektive hull avhengig av den spesielle nanostrukturen i krystallen.

Det er et par naturlige materialer som tilnærmer strukturen til en fotonisk krystall.En av dem er edelsten Opal.Dens regnbue-lignende iridescence er forårsaket av periodiske nanostrukturer innen.Periodisiteten til nanostrukturen bestemmer hvilke bølgelengder av lys som er tillatt gjennom og hvilke ikke.Strukturens periode må være halvparten av bølgelengden på lyset som er tillatt gjennom.Bølgelengdene tillatt passasje er kjent som "modus", mens de forbudte bølgelengdene er de fotoniske båndhullene.En opal er ikke en ekte fotonisk krystall fordi den mangler et komplett båndgap, men den tilnærmer seg et nært nok til formålene med denne artikkelen.

Et annet naturlig forekommende materiale som inkluderer en fotonisk krystall er vingene til noen sommerfugler som slektenMorpho.Disse gir opphav til vakre blå iriserende vinger.

Fotoniske krystaller ble først studert av den berømte britiske forskeren Lord Raleigh i 1887. En syntetisk endimensjonal fotonisk krystall kalt et Bragg-speil var gjenstand for studiene hans.Selv om Bragg -speilet i seg selv er en todimensjonal overflate, gir den bare båndgapeffekten i en dimensjon.Disse har blitt brukt til å produsere reflekterende belegg der refleksjonsbåndet tilsvarer det fotoniske båndgapet.

Hundre år senere, i 1987, foreslo Eli Yablonovitch og Sajeev John muligheten for to- eller tredimensjonale fotoniske krystaller, som ville gi båndhull i flere forskjellige retninger samtidig.Det ble raskt innsett at slike materialer ville ha mange bruksområder innen optikk og elektronikk, for eksempel lysdioder, optisk fiber, nanoskopiske lasere, ultrawhite pigment, radioantenner og reflekser, og til og med optiske datamaskiner.Forskning på fotoniske krystaller pågår.

En av de største utfordringene innen fotonisk krystallforskning er den lille størrelsen og presisjonen som kreves for å gi båndgapeffekten.Å syntetisere krystaller med nanostrukturer for periode er ganske vanskelig med dagens produksjonsteknologier som fotolitografi.3D-fotoniske krystaller er designet, men bare produsert i ekstremt begrenset skala.Kanskje med bruk av bottom-up-produksjon, eller molekylær nanoteknologi, vil masseproduksjonen av disse krystallene bli mulig.