Wat is een fotonische kristal?

06/12/2012 by admin

Fotonische kristallen, ook bekend als fotonische bandgap materialen, zijn periodieke nanostructuren die selectief direct golflengten van licht op dezelfde manier als halfgeleiders op een computerchip selectief doorlaten bepaalde elektronische energie bands. De term "bandgap" slechts verwijst naar hiaten in de spectrale band van het licht schijnt door. Een regenboog bijvoorbeeld mist bandafstanden, omdat water transparant en geen specifieke frequentie absorberen. Een regenboog die door een fotonisch kristal zou selectieve hiaten afhankelijk van de nanostructuur in het kristal.

Er zijn een paar natuurlijke materialen die de structuur van een fotonisch kristal te benaderen. Een daarvan is de edelsteen opaal. De regenboog-achtige kleurenspel wordt veroorzaakt door periodieke nanostructuren binnen. De periodiciteit van de nanostructuur bepaalt welke golflengtes toegestaan ​​door en welke niet. De periode van de structuur moet halve golflengte van het licht dat wordt doorgelaten worden. De golflengten toegestane passage staan ​​bekend als "modes", terwijl de verboden golflengten zijn de fotonische band hiaten. Een opaal is niet een echte fotonisch kristal, omdat het ontbreekt aan een volledige band gap, maar het benadert men nauw genoeg voor de toepassing van dit artikel.

Een ander van nature voorkomend materiaal dat een fotonisch kristal bevat is de vleugels van sommige vlinders, zoals het geslacht Morpho. Deze geven aanleiding tot mooie blauwe iriserende vleugels.

Fotonische kristallen werden voor het eerst bestudeerd door de beroemde Britse wetenschapper Lord Raleigh in 1887. Een synthetische ééndimensionaal fotonisch kristal een zogenaamde Bragg spiegel was het onderwerp van zijn studie. Hoewel de Bragg spiegel zelf een tweedimensionaal oppervlak, produceert alleen de band gap effect in één dimensie. Deze zijn gebruikt voor reflecterende coatings te produceren waar de reflectie band overeenkomt met de fotonische band gap.

Honderd jaar later, in 1987, Eli Yablonovitch en Sajeev John stelde voor de mogelijkheid van een twee- of driedimensionale fotonische kristallen, welke band hiaten zouden produceren in verschillende richtingen tegelijk. Het werd al snel besefte dat deze materialen een groot aantal toepassingen in de optica en elektronica, zoals LED's, optische vezel, nanoscopic lasers, superwitte pigment, radio-antennes en reflectoren, en zelfs optische computers zou hebben. Onderzoek naar fotonische kristallen is aan de gang.

Eén van de grootste uitdagingen in fotonisch kristal onderzoek zijn grootte en nauwkeurigheid vereist om de band gap effect. Synthetiseren kristallen met periode nanostructuren is heel moeilijk met de huidige productie-technologieën zoals fotolithografie. 3-D fotonische kristallen zijn ontworpen maar gefabriceerd op zeer beperkte schaal. Misschien met de komst van bottom-up productie, of moleculaire nanotechnologie, zal de massa-productie van deze kristallen mogelijk geworden.

  • Een regenboog gaat througha fotonisch kristal zou selectieve hiaten afhankelijk van de nanostructuur in het kristal.

Related Posts