O que é um cristal fotônico?

Os cristais fotônicos, também conhecidos como materiais fotônicos de bandGAP, são nanoestruturas periódicas que podem direcionar seletivamente comprimentos de onda de luz da mesma maneira que os semicondutores em um chip de computador letam seletivamente através de certas bandas de energia eletrônica. O termo "bandGap" apenas se refere a lacunas na banda espectral de luz brilhando. Um arco -íris, por exemplo, carece de lacunas de banda, porque a água é transparente e não absorve nenhuma frequência específica. Um arco -íris passando por um cristal fotônico teria lacunas seletivas, dependendo da nanoestrutura específica dentro do cristal.

Existem alguns materiais naturais que se aproximam da estrutura de um cristal fotônico. Um deles é a opala de pedras preciosas. Sua iridescência semelhante ao arco-íris é causada por nanoestruturas periódicas dentro. A periodicidade da nanoestrutura determina quais comprimentos de onda da luz são permitidos e quais não são. O período da estrutura deve ser metade do comprimento de onda da luz que é umllowed passou. Os comprimentos de onda permitidos são conhecidos como "modos", enquanto os comprimentos de onda proibidos são as lacunas da banda fotônica. Uma opala não é um verdadeiro cristal fotônico porque não possui uma lacuna completa da banda, mas se aproxima de um suficiente para os propósitos deste artigo.

Outro material que ocorre naturalmente que inclui um cristal fotônico são as asas de algumas borboletas, como o gênero Morpho. Estes dão origem a lindas asas iridescentes azuis.

Os cristais fotônicos foram estudados pela famosa cientista britânico Lord Raleigh em 1887. Um cristal fotônico unidimensional sintético chamado espelho de Bragg foi objeto de seus estudos. Embora o próprio espelho de Bragg seja uma superfície bidimensional, ele produz apenas o efeito de gap da banda em uma dimensão. Estes foram usados ​​para produzir revestimentos reflexivos, onde a banda de reflexão corresponde ao espaço da banda fotônica.

Cem anos depois, em 1987, Eli Yablovitch e Sajeev John sugeriram a possibilidade de cristais fotônicos bidimensionais ou tridimensionais, que produziriam lacunas de banda em várias direções diferentes ao mesmo tempo. Percebeu -se rapidamente que esses materiais teriam inúmeras aplicações em óptica e eletrônica, como LEDs, fibra óptica, lasers nanoscópicos, pigmento ultrawhita, antenas de rádio e refletores e até computadores ópticos. A pesquisa sobre cristais fotônicos está em andamento.

Um dos maiores desafios na pesquisa de cristal fotônico é o pequeno tamanho e precisão necessários para produzir o efeito do espaço da banda. A sintetização de cristais com nanoestruturas de período é bastante difícil com as tecnologias de fabricação atuais, como a fotolitografia. Cristais fotônicos 3D foram projetados, mas fabricados apenas em uma escala extremamente limitada. Talvez com o advento da fabricação de baixo para cima, ou nanotecnologia molecular, a produção em massa desses cristais se tornará possible.