3 jun. 2020
1 minuut
Fotonische kristallen zijn de nanostructuren die fotonen kunnen manipuleren door middel van een energy gap. Lang werd gedacht dat fotonische kristallen vrij dik moeten zijn om functioneel te zijn. Wetenschappers uit Tokyo en Twente ontdekten echter dat zelfs zeer dunne 3D fotonische kristallen krachtige apparaten zijn om de lichtstroom te sturen. De nieuwe inzichten veranderen de ontwerpregels voor opto-elektronische apparaten voor efficiënte telecommunicatie, computers en dunne zonnecellen.
Hun publicatie verscheen in het tijdschrift Physical Review B.
"We bestudeerden zorgvuldig geassembleerde fotonische kristallen met de zogenaamde houtstapelstructuur", zegt hoofdauteur Dr. Tajiri. "Onze kristallen bestaan uit een gestapelde reeks van staven in twee loodrechte richtingen in een halfgeleiderwafer zoals galliumarsenide. De kristalstructuur is geïnspireerd op diamanten edelstenen." Deze geavanceerde methode maakt het gemakkelijk om dunne structuren te maken van slechts enkele lagen dik, tussen een paar honderd nanometer en ongeveer een micron.
Om hun nieuwe kristallen te onderzoeken, besloot het team de reflectiviteitsspectra te meten. Daarom werden ze na fabricage in Japan naar Twente verzonden voor microscopische metingen, die aantoonden dat de dunne diamantachtige fotonische kristallen opmerkelijk goed functioneren: alle kristallen vertoonden zowel een hoog reflectievermogen als brede pieken. Opmerkelijk is dat dit zelfs bij het dunste kristal het geval was.
Het is voor het gereflecteerde licht verboden om de kristallen binnen te dringen over een aanzienlijk bereik van golflengten, ook wel verboden zone genoemd. In de onderzochte kristallen is de situatie nog extremer, omdat het licht niet in alle richtingen tegelijk mag bewegen. Tajiri: "De snelle vorming van de verboden zone in onze kristallen is opmerkelijk omdat eerdere 3D-kristallen dik moesten zijn om een zone te laten ontstaan."
Mogelijke toepassingen
De ontdekking betekent een potentiële besparing in fabricagetijd en -middelen. Ook biedt het mogelijkheden voor toepassing in zonnecellen. Wetenschappers zijn hier op zoek naar dunne breedbandige backreflectors om de prestaties van dunne zonnecellen te verbeteren.
Anderen lazen ook
