Co je to fotonický krystal?

fotonické krystaly, známé také jako materiály fotonických bandgapových materiálů, jsou periodické nanostruktury, které mohou selektivně řídit vlnové délky světla téměř stejným způsobem jako polovodiče na počítačovém čipu selektivně propuštěny přes určité elektronické energetické pásy. Termín „bandgap“ pouze odkazuje na mezery ve spektrálním pásmu světla, který prochází. Například duha postrádá pásmové mezery, protože voda je průhledná a neabsorbuje žádnou specifickou frekvenci. Duha procházející fotonickým krystalem by měla selektivní mezery v závislosti na konkrétní nanostruktuře v krystalu.

Existuje několik přírodních materiálů, které se přibližují struktuře fotonického krystalu. Jedním z nich je Opal Gemstone. Jeho duhová duhovka je způsobena periodickými nanostruktury uvnitř. Periodicita nanostruktury určuje, které vlnové délky světla jsou povoleny a které nejsou. Období struktury musí být poloviční vlnová délka světla, která je aprošel. Vlnové délky povolené průchod jsou známé jako „režimy“, zatímco zakázané vlnové délky jsou mezery fotonického pásma. Opal není skutečný fotonický krystal, protože postrádá úplnou mezeru v pásmu, ale pro účely tohoto článku se přibližuje dostatečně úzce.

Další přirozeně se vyskytující materiál, který zahrnuje fotonický krystal, jsou křídla některých motýlů, jako je rod Morpho. To vede k krásným modrým duhovým křídlem.

fotonické krystaly byly poprvé studovány slavným britským vědcem lordem Raleighem v roce 1887. Syntetický jednorozměrný fotonický krystal zvaný Bragg zrcadlo byl předmětem jeho studií. Ačkoli samotné zrcadlo Bragg je dvourozměrný povrch, produkuje efekt mezery pásma pouze v jedné dimenzi. Ty byly použity k výrobě reflexních povlaků, kde odrazový pás odpovídá mezeře fotonického pásma.

O sto let později, v roce 1987, Eli Yablonovitch a Sajeev John navrhli možnost dvourozměrných nebo trojrozměrných fotonických krystalů, které by produkovaly mezery pásma několika různými směry najednou. Rychle bylo uvědomeno, že takové materiály budou mít četné aplikace v optice a elektronice, jako jsou LED, optické vlákno, nanoskopické lasery, ultrawhite pigment, rádiové antény a reflektory a dokonce i optické počítače. Probíhá výzkum fotonických krystalů.

Jednou z největších výzev ve výzkumu fotonických krystalů je malá velikost a přesnost potřebná k vytvoření efektu mezery pásma. Syntetizace krystalů s dobovými nanostrukturami je docela obtížné u současných výrobních technologií, jako je fotolitografie. 3-D fotonické krystaly byly navrženy, ale byly vyrobeny pouze v extrémně omezeném měřítku. Možná s příchodem výroby zdola nahoru nebo molekulární nanotechnologie se hromadná výroba těchto krystalů stane POSsible.