Fotoniske krystaller:selv tynd er funktionel

Fotoniske krystaller er de nanostrukturer, der kan manipulere fotoner ved hjælp af et energigab, ligner, hvordan halvlederne i computerchips manipulerer elektronisk strøm. Man har altid troet, at fotoniske krystaller skulle være tykke og omfangsrige for at være funktionelle. Forskere fra University of Tokyo, University of Electro-Communications i Tokyo, Kyoto Institute of Technology og University of Twente opdagede, at selv meget tynde 3-D fotoniske båndgabkrystaller er kraftfulde enheder til kraftigt at kontrollere lysstrømmen. Den nye indsigt fører til designregler for nye optoelektroniske enheder til effektiv telekommunikation og computere, og tynde solceller. Det resulterende papir vises i journalen Fysisk gennemgang B , udgivet af American Physical Society.

"Vi studerede omhyggeligt sammensatte fotoniske krystaller med den såkaldte træstabelstruktur, " siger førende forfatter Dr. Tajiri (se fig. 1). "Vores krystaller består af stablede arrays af stænger i to vinkelrette retninger i en halvlederwafer såsom galliumarsenid. Krystalstrukturen er inspireret af diamant ædelstene. "Den avancerede metode gør det bekvemt at lave tynde strukturer af kun få lag tykke, mellem et par hundrede nanometer til omkring en mikron.

For at undersøge deres nye krystaller, det japansk-hollandske hold besluttede at måle reflektionsspektrene. Derfor, efter fremstilling i Japan, de blev sendt til Twente for mikroskopiske målinger. Spektrene viste, at de tynde diamantlignende fotoniske krystaller fungerer bemærkelsesværdigt godt:alle krystaller viste både høj reflektivitet og brede toppe. Bemærkelsesværdigt, dette skete selv for den tyndeste krystal.

Det reflekterede lys er forbudt at trænge ind i krystaller over et betydeligt bølgelængdeområde, også kendt som et forbudt hul. I de japansk-hollandske krystaller, situationen er endnu mere radikal, da lyset er forbudt at bevæge sig i alle retninger samtidigt. Dr. Tajiri forklarer:"Den hurtige dannelse af det forbudte hul i vores krystaller er bemærkelsesværdigt, fordi tidligere 3-D krystaller krævede en stor tykkelse for at et hul kunne opstå."

Mulige anvendelser

Prof. Iwamoto leder af det japanske team siger:"Vores opdagelse af, at selv tynde fotoniske krystaller er kraftfulde enheder betyder, at vi kan spare betydelig fremstillingstid og ressourcer." Og prof. Vos, leder af det hollandske hold, begejstret:"Resultatet af, at selv tynde strukturer er fuldt funktionsdygtige, er gode nyheder til applikationer inden for solcelleanlæg. Her, Forskere leder efter tynde bredbåndsreflekser for at forbedre ydeevnen af ​​tynde solceller."

Artiklen har titlen "Reflectivity of Finite 3-D GaAs Photonic Band Gap Crystals" og er blevet udgivet i Fysisk gennemgang B den 1. juni.