Vad är en fotonisk kristall?

Fotoniska kristaller, även kända som fotoniska bandgapmaterial, är periodiska nanostrukturer som selektivt kan rikta ljusvåglängder på ungefär samma sätt som halvledare på ett datorchip selektivt släppa igenom vissa elektroniska energiband.Termen "bandgap" hänvisar bara till luckor i det spektrala ljusbandet som lyser igenom.En regnbåge saknar till exempel bandgap, eftersom vatten är transparent och inte absorberar någon specifik frekvens.En regnbåge som går igenom en fotonisk kristall skulle ha selektiva luckor beroende på den speciella nanostrukturen i kristallen.

Det finns ett par naturliga material som ungefärliga strukturen för en fotonisk kristall.En av dem är ädelstenen Opal.Dess regnbågsliknande iridescens orsakas av periodiska nanostrukturer inom.Nanostrukturens periodicitet bestämmer vilka ljusvåglängder som är tillåtna genom och vilka inte.Strukturens period måste vara halva våglängden för ljuset som är tillåtet genom.Våglängderna tillåtna passage kallas "lägen" medan de förbjudna våglängderna är de fotoniska bandgaparna.En opal är inte en riktig fotonisk kristall eftersom den saknar ett komplett bandgap, men det ungefär är tillräckligt nära för att syften till denna artikel.

Ett annat naturligt förekommande material som inkluderar en fotonisk kristall är vingarna för vissa fjärilar som släktetMorpho.Dessa ger upphov till vackra blå iriserande vingar.

Fotoniska kristaller studerades först av den berömda brittiska forskaren Lord Raleigh 1887. En syntetisk endimensionell fotonisk kristall som kallas en Bragg-spegel var föremål för hans studier.Även om själva Bragg -spegeln är en tvådimensionell yta, producerar den bara bandgapseffekten i en dimension.Dessa har använts för att producera reflekterande beläggningar där reflektionsbandet motsvarar det fotoniska bandgapet.

Hundra år senare, 1987, föreslog Eli Yablonovitch och Sajeev John möjligheten till två- eller tredimensionella fotoniska kristaller, vilket skulle producera bandgap i flera olika riktningar på en gång.Det insågs snabbt att sådana material skulle ha många tillämpningar inom optik och elektronik, såsom lysdioder, optisk fiber, nanoskopiska lasrar, ultrawhite -pigment, radioantenner och reflektorer och till och med optiska datorer.Forskning om fotoniska kristaller pågår.

En av de största utmaningarna inom fotonisk kristallforskning är den lilla storleken och precisionen som krävs för att producera bandgapeffekten.Att syntetisera kristaller med period nanostrukturer är ganska svårt med dagens tillverkningsteknologier såsom fotolitografi.3D-fotoniska kristaller har designats men tillverkats endast i extremt begränsad skala.Kanske med tillkomsten av bottom-up-tillverkning eller molekylär nanoteknik, kommer massproduktionen av dessa kristaller att bli möjlig.