Tynd diamantkrystal reflekterer mange lysfarver i alle retninger

Gennem avancerede beregninger opdagede fysikere og matematikere ved University of Twente, at en tynd, diamantlignende fotonisk nanostruktur afspejler en overraskende bred vifte af lysfarver, fra alle vinkler. Dette bevirker, at materialet har et stort potentiale som en bagreflektor til at øge effektiviteten af ​​solceller eller små on-chip lyskilder.

Resultaterne blev offentliggjort den 26. april i det førende fysikblad Fysisk gennemgang B .

Solcellers effektivitet afhænger af at fange og absorbere lys og kan øges ved at bruge en bagreflektor:et spejl bag solcellematerialet, der reflekterer lys, der ikke blev absorberet, og leder det tilbage ind i solcellen. Det ideelle spejl reflekterer lysindfald fra enhver vinkel, kendt som omnidirektionel refleksion, og for alle frekvenser (eller farver) af lys. Sådan omnidirektionel refleksion for dielektriske strukturer er forbundet med tredimensionelle fotoniske krystal-nanostrukturer, der opretholder et såkaldt komplet fotonisk båndgab. Imidlertid, forskere har altid troet, at sådanne strukturer ville have et snævert frekvensområde, og deres omnidirektionelle adfærd er aldrig blevet demonstreret til dato.

Et tværfagligt team af fysikere og matematikere fra University of Twente har nu udført avancerede beregninger på et meget lovende materiale udviklet i gruppen Complex Photonic Systems. "Vi studerede såkaldte inverse woodpile fotoniske krystaller", siger ph.d.-studerende Devashish. "Disse krystaller består af regelmæssigt bestilt række af porer boret i to vinkelrette retninger i en skive af dielektrisk såsom silicium. Krystalstrukturen er inspireret af diamant ædelstene."

Forskerne studerede reflektiviteten af ​​de kubiske diamantlignende omvendte træbunkekrystaller ved numeriske beregninger og fortolkede nylige eksperimenter. De anvendte den endelige elementmetode til at studere disse krystaller omgivet af frit rum. "Vi fandt ud af, at selv meget tynde omvendte træpæle kraftigt reflekterer mange lysfarver rundstrålende", Siger Devashish. "Inverse træstabler, absorptionen af ​​lys er ubetydelig. Dette gør dem til en god kandidat som rygreflektor i solceller. Vi forventer også, at disse diamantlignende fotoniske krystaller kan føre til on-chip lasere, usynlighedskapper og enheder til at begrænse lys i ekstremt små volumener."