Door geavanceerde berekeningen ontdekten natuurkundigen en wiskundigen van de Universiteit Twente dat een dunne, diamantachtige fotonische nanostructuur reflecteert een verrassend breed scala aan kleuren licht, vanuit alle hoeken. Dit zorgt ervoor dat het materiaal een groot potentieel heeft als achterreflector om de efficiëntie van zonnecellen of kleine on-chip lichtbronnen te verbeteren.

De resultaten zijn op 26 april gepubliceerd in het toonaangevende natuurkundetijdschrift Fysieke beoordeling B .

Het rendement van zonnecellen is afhankelijk van het opvangen en absorberen van licht en kan worden verhoogd door een achterreflector te gebruiken:een spiegel achter het materiaal van de zonnecel die niet-geabsorbeerd licht weerkaatst en terug de zonnecel in leidt. De ideale spiegel reflecteert licht dat vanuit elke hoek invalt, bekend als omnidirectionele reflectie, en voor alle frequenties (of kleuren) van licht. Een dergelijke omnidirectionele reflectie voor diëlektrische structuren wordt geassocieerd met driedimensionale fotonische kristalnanostructuren die een zogenaamde complete fotonische bandgap in stand houden. Echter, onderzoekers hebben altijd gedacht dat dergelijke structuren een smal frequentiebereik zouden hebben en hun omnidirectionele gedrag is tot nu toe nooit aangetoond.

Een interdisciplinair team van natuurkundigen en wiskundigen van de Universiteit Twente heeft nu geavanceerde berekeningen uitgevoerd op een veelbelovend materiaal dat is ontwikkeld in de groep Complex Photonic Systems. "We hebben zogenaamde inverse woodpile fotonische kristallen bestudeerd", zegt promovendus Devashish. "Deze kristallen bestaan ​​uit een regelmatig geordende reeks poriën die in twee loodrechte richtingen zijn geboord in een wafel van diëlektricum zoals silicium. De kristalstructuur is geïnspireerd op diamanten edelstenen."

De onderzoekers bestudeerden de reflectiviteit van de kubusvormige diamantachtige inverse houtstapelkristallen door numerieke berekeningen en interpreteerden recente experimenten. Ze gebruikten de eindige-elementenmethode om deze kristallen omgeven door vrije ruimte te bestuderen. "We ontdekten dat zelfs zeer dunne inverse houtstapels veel kleuren licht omnidirectioneel sterk reflecteren", zegt Devashish. "In omgekeerde houtstapels, de absorptie van licht is verwaarloosbaar. Dit maakt ze een geweldige kandidaat als achterreflector in zonnecellen. We verwachten ook dat deze diamantachtige fotonische kristallen kunnen leiden tot on-chip lasers, onzichtbaarheidsmantels en apparaten om licht op te sluiten in extreem kleine volumes."