¿Qué es un cristal fotónico?
Los cristales fotónicos, también conocidos como materiales fotónicos de banda prohibida, son nanoestructuras periódicas que pueden dirigir selectivamente las longitudes de onda de la luz de la misma manera que los semiconductores en un chip de computadora dejan pasar selectivamente ciertas bandas de energía electrónica. El término "banda prohibida" simplemente se refiere a huecos en la banda espectral de luz que brilla a través. Un arco iris, por ejemplo, carece de espacios de banda, porque el agua es transparente y no absorbe ninguna frecuencia específica. Un arco iris que atraviesa un cristal fotónico tendría huecos selectivos dependiendo de la nanoestructura particular dentro del cristal.
Hay un par de materiales naturales que se aproximan a la estructura de un cristal fotónico. Uno de ellos es el ópalo de piedras preciosas. Su iridiscencia en forma de arco iris es causada por nanoestructuras periódicas en su interior. La periodicidad de la nanoestructura determina qué longitudes de onda de luz se permiten y cuáles no. El período de la estructura debe ser la mitad de la longitud de onda de la luz que se deja pasar. El paso permitido de las longitudes de onda se conoce como "modos", mientras que las longitudes de onda prohibidas son los espacios de banda fotónica. Un ópalo no es un verdadero cristal fotónico porque carece de un intervalo de banda completo, pero se aproxima a uno lo suficientemente cerca para los propósitos de este artículo.
Otro material natural que incluye un cristal fotónico son las alas de algunas mariposas como el género Morpho. Estos dan lugar a hermosas alas azules iridiscentes.
Los cristales fotónicos fueron estudiados por primera vez por el famoso científico británico Lord Raleigh en 1887. Un cristal fotónico sintético unidimensional llamado espejo Bragg fue el tema de sus estudios. Aunque el espejo Bragg en sí es una superficie bidimensional, solo produce el efecto de banda prohibida en una dimensión. Estos se han utilizado para producir recubrimientos reflectantes donde la banda de reflexión corresponde al intervalo de banda fotónica.
Cien años después, en 1987, Eli Yablonovitch y Sajeev John sugirieron la posibilidad de cristales fotónicos bidimensionales o tridimensionales, que producirían espacios de banda en varias direcciones diferentes a la vez. Rápidamente se dio cuenta de que dichos materiales tendrían numerosas aplicaciones en óptica y electrónica, como LED, fibra óptica, láser nanoscópico, pigmento ultrablanco, antenas de radio y reflectores, e incluso computadoras ópticas. La investigación en cristales fotónicos está en curso.
Uno de los mayores desafíos en la investigación de cristales fotónicos es el pequeño tamaño y la precisión necesarios para producir el efecto de banda prohibida. Sintetizar cristales con nanoestructuras de época es bastante difícil con las tecnologías de fabricación actuales como la fotolitografía. Los cristales fotónicos tridimensionales se han diseñado, pero solo se fabrican en una escala extremadamente limitada. Quizás con el advenimiento de la fabricación de abajo hacia arriba, o la nanotecnología molecular, será posible la producción en masa de estos cristales.