คริสตัลโทนิคคืออะไร?

คริสตัลโทนิคหรือที่เรียกว่าวัสดุ bandgap โทนิคเป็นโครงสร้างนาโนเป็นระยะที่สามารถเลือกความยาวคลื่นของแสงในลักษณะเดียวกับเซมิคอนดักเตอร์บนชิปคอมพิวเตอร์เลือกผ่านแถบพลังงานอิเล็กทรอนิกส์บางอย่างคำว่า "bandgap" เพียงหมายถึงช่องว่างในแถบสเปกตรัมของแสงส่องผ่านยกตัวอย่างเช่นสายรุ้งขาดช่องว่างของวงดนตรีเนื่องจากน้ำมีความโปร่งใสและไม่ดูดซับความถี่เฉพาะใด ๆรุ้งที่ผ่านคริสตัลโทนิคจะมีช่องว่างที่เลือกได้ขึ้นอยู่กับโครงสร้างนาโนโดยเฉพาะภายในคริสตัล

มีวัสดุธรรมชาติสองสามชิ้นซึ่งประมาณโครงสร้างของคริสตัลโทนิคหนึ่งในนั้นคืออัญมณีโอปอลสีรุ้งเหมือนรุ้งเกิดจากโครงสร้างนาโนเป็นระยะภายในระยะเวลาของโครงสร้างนาโนกำหนดความยาวคลื่นของแสงที่ได้รับอนุญาตผ่านและไม่ได้ระยะเวลาของโครงสร้างจะต้องเป็นครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่นของแสงที่ได้รับอนุญาตผ่านความยาวคลื่นที่ได้รับอนุญาตเป็นที่รู้จักกันในชื่อ "โหมด" ในขณะที่ความยาวคลื่นต้องห้ามเป็นช่องว่างของแถบโทนิคโอปอลไม่ใช่คริสตัลโทนิคที่แท้จริงเพราะมันไม่มีช่องว่างของวงดนตรีที่สมบูรณ์ แต่มันใกล้เคียงกันอย่างใกล้ชิดพอสำหรับวัตถุประสงค์ของบทความนี้

วัสดุที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติอีกอย่างหนึ่งซึ่งรวมถึงคริสตัลโทนิคเป็นปีกของผีเสื้อMorphoสิ่งเหล่านี้ก่อให้เกิดปีกสีรุ้งสีน้ำเงินที่สวยงาม

คริสตัลโทนิคได้รับการศึกษาเป็นครั้งแรกโดยลอร์ดราลีนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษที่มีชื่อเสียงในปี 1887 คริสตัลโทนิคหนึ่งมิติสังเคราะห์ที่เรียกว่า Mirror Bragg เป็นเรื่องของการศึกษาของเขาแม้ว่า Mirror Bragg นั้นเป็นพื้นผิวสองมิติ แต่ก็สร้างเอฟเฟกต์ช่องว่างของแถบในมิติเดียวเท่านั้นสิ่งเหล่านี้ถูกนำมาใช้ในการผลิตการเคลือบสะท้อนแสงที่แถบสะท้อนแสงสอดคล้องกับช่องว่างของวงโทนิค

หนึ่งร้อยปีต่อมาในปี 1987 Eli Yablonovitch และ Sajeev John แนะนำความเป็นไปได้ของผลึกโทนิคสองหรือสามมิติซึ่งจะสร้างช่องว่างของวงดนตรีในหลายทิศทางในทันทีเป็นที่รู้กันอย่างรวดเร็วว่าวัสดุดังกล่าวจะมีแอพพลิเคชั่นมากมายในเลนส์และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เช่น LED, ใยแก้วนำแสงเลเซอร์นาโนสโคป, เม็ดสีอัลตร้าแฮท, เสาอากาศวิทยุและเครื่องสะท้อนแสงและแม้แต่คอมพิวเตอร์ออพติคอลการวิจัยเกี่ยวกับคริสตัลโทนิคยังคงดำเนินต่อไป

หนึ่งในความท้าทายที่ใหญ่ที่สุดในการวิจัยคริสตัลโทนิคคือขนาดเล็กและความแม่นยำที่จำเป็นในการสร้างเอฟเฟกต์ช่องว่างของแถบการสังเคราะห์คริสตัลที่มีโครงสร้างนาโนระยะเวลาค่อนข้างยากด้วยเทคโนโลยีการผลิตในปัจจุบันเช่นโฟโตโธภาพคริสตัลโทนิค 3 มิติได้รับการออกแบบ แต่ประดิษฐ์ในระดับที่ จำกัด อย่างมากเท่านั้นบางทีด้วยการถือกำเนิดของการผลิตจากล่างขึ้นบนหรือนาโนเทคโนโลยีโมเลกุลการผลิตผลึกเหล่านี้จะเป็นไปได้