Overlejring af to gitter af lignende perioder for at kontrollere og lokalisere lys

Lysere LED'er og mere effektive solceller er to potentielle anvendelser for A*STAR's forskning i gitterstrukturer, der kan bremse eller fange lys.

At udnytte bølgeenergi ved at lokalisere den og undertrykke dens udbredelse gennem et medium er en kraftfuld teknik. Nu, Alagappin Gandhi og Png Ching Eng Jason fra A*STAR Institute of High Performance Computing har beregnet et design, der lokaliserer lys i små sløjfer, inden for en todimensionel struktur skabt ved at fusionere to gitter med lidt forskellige periodiciteter.

Den nye teknik er ikke begrænset til lys, og kan muliggøre design af systemer, der præcist kan kontrollere bølgeenergi i ethvert område og i enhver skala - lyd, termisk, vand, eller endda stofbølger som i Bose-Einstein-kondensater.

For lysbaserede enheder kunne den nye indsigt bruges til at bygge mere effektive fotoniske komponenter, sagde Gandhi.

"Hvis du mønstrer overfladen af ​​en LED med flettede gitter, vil det hjælpe med at få lyset ud effektivt, " sagde Gandhi. "For en solcelle, sammenlagte gitter vil dog hjælpe lyset til at trænge bedre ind, så der kan høstes mere energi."

Evnen til at skabe resonatorer, hvor lys er lokaliseret på overfladen af ​​en enhed, har også anvendelser i kvantecomputerkomponenter baseret på lys, såsom defekter i diamant.

Gandhi og Png designede strukturerne ved at overlejre gitter af små cirkulære dielektriske materialer med perioder i et simpelt forhold R:R-1 - for eksempel er et gitter slået sammen med et andet, hvis afstand er 4/3 så stor, eller 5/4, 6/5 osv.

"Det skaber en todimensionel effekt, der ligner slag mellem to bølger med meget tæt frekvens, " sagde Gandhi. "Hvor der er antinoder, er lyset lokaliseret i form af en lukket sti."

Gandhi sagde, at skabelsen af ​​en regelmæssig række af lokaliserede lyssløjfer stod i kontrast til Anderson Localization, som opstår fra tilfældighed i en struktur. "Dette er en systematisk måde at skabe et stort antal loops på, " sagde Gandhi.

Gandhi og Png kørte numeriske simuleringer af lysets udbredelse i en række bølgelængder lidt under gitterafstanden, og beregnede energibåndstrukturen. De fandt ud af, at efterhånden som R steg, der opstod et stort antal energibånd, hvis lys havde en gruppehastighed på nul, signaturen af ​​lys lokaliseret i krystallen.

Gandhi sagde, at fusionerede gitter også ville give forskere mulighed for at udforske topologiske egenskaber, såsom beskyttede kanttilstande.