Qu'est-ce qu'un cristal photonique?
Les cristaux photoniques, également connus sous le nom de matériaux à bande interdite photonique, sont des nanostructures périodiques qui peuvent diriger sélectivement les longueurs d'onde de la lumière, de la même manière que les semi-conducteurs sur une puce d'ordinateur transmettent sélectivement certaines bandes d'énergie électroniques. Le terme "bande interdite" se réfère uniquement aux lacunes dans la bande spectrale de la lumière translucide. Par exemple, un arc-en-ciel n'a pas de bande interdite car l'eau est transparente et n'absorbe pas une fréquence spécifique. Un arc-en-ciel qui traverse un cristal photonique aurait des lacunes sélectives en fonction de la nanostructure particulière à l'intérieur du cristal.
Il existe des matériaux naturels qui se rapprochent de la structure d'un cristal photonique. L'un d'eux est l'opale gemme. Son éclat arc-en-ciel est provoqué par des nanostructures périodiques à l'intérieur. La périodicité de la nanostructure détermine quelles longueurs d'onde de lumière sont transmises et lesquelles ne le sont pas. La période de la structure doit être la moitié de la longueur d'onde de la lumière transmise. Les longueurs d'onde transmises sont appelées "modes", tandis que les longueurs d'onde interdites sont les bandes interdites photoniques. Une opale n'est pas un véritable cristal photonique car il manque une bande interdite complète, mais approximativement suffisante aux fins de cet article.
Un autre matériau naturel qui contient un cristal photonique est les ailes de certains papillons comme le genre Morpho. Celles-ci créent de belles ailes bleues irisées.
Le célèbre scientifique britannique Lord Raleigh a d'abord examiné les cristaux photoniques en 1887. Un cristal photonique unidimensionnel synthétique appelé miroir de Bragg a fait l'objet de ses recherches. Bien que le miroir de Bragg lui-même soit une surface à deux dimensions, il crée uniquement l'effet de bande interdite dans une seule dimension. Ceux-ci ont été utilisés pour produire des revêtements réfléchissants dans lesquels la bande de réflexion correspond à la bande interdite photonique.
Cent ans plus tard, en 1987, Eli Yablonovitch et Sajeev John ont proposé la possibilité de cristaux photoniques bidimensionnels ou tridimensionnels qui créeraient des bandes interdites dans plusieurs directions en même temps. Il est rapidement devenu clair que ces matériaux auraient de nombreuses utilisations en optique et en électronique, comme les LED, les fibres optiques, les lasers nanoscopiques, les pigments ultra-blancs, les antennes et réflecteurs radio, et même les ordinateurs optiques. La recherche sur les cristaux photoniques est en cours.
L'un des plus grands défis de la recherche sur les cristaux photoniques est la petite taille et la précision requises pour créer l'effet de bande interdite. La synthèse de cristaux avec des nanostructures périodiques est assez difficile avec les technologies de fabrication actuelles telles que la photolithographie. Les cristaux photoniques 3D ont été conçus, mais uniquement produits à une échelle extrêmement limitée. Peut-être qu'avec l'avènement de la fabrication ascendante ou de la nanotechnologie moléculaire, la production de masse de ces cristaux deviendra possible.