De beheersing van de interactie tussen licht en materie staat centraal in fundamentele fenomenen en technologieën zoals fotosynthese, lasers, LED's en zonnecellen. Onderzoekers van het City College of New York hebben nu een nieuwe klasse van kunstmatige media aangetoond, fotonische hyperkristallen genaamd, die de interactie tussen licht en materie op ongekende manieren kunnen beheersen.

Dit zou kunnen leiden tot voordelen zoals ultrasnelle LED's voor Li-Fi (een draadloze technologie die hogesnelheidsgegevens verzendt met behulp van communicatie met zichtbaar licht), verbeterde absorptie in zonnecellen en de ontwikkeling van enkelvoudige fotonstralers voor de verwerking van kwantuminformatie, zei Vinod M. Menon, hoogleraar natuurkunde in de City College Division of Science die het onderzoek leidde.

Fotonische kristallen en metamaterialen zijn twee van de meest bekende kunstmatige materialen die worden gebruikt om licht te manipuleren. Echter, ze hebben nadelen zoals bandbreedtebeperking en slechte lichtemissie. In hun onderzoek hebben Menon en zijn team hebben deze nadelen overwonnen door hyperkristallen te ontwikkelen die het beste van zowel fotonische kristallen als metamaterialen overnemen en het zelfs nog beter doen. Ze toonden een significante toename van zowel de lichtemissiesnelheid als de intensiteit van nanomaterialen die in de hyperkristallen zijn ingebed.

De opkomende eigenschappen van de hyperkristallen komen voort uit de unieke combinatie van lengteschalen van de kenmerken in het hyperkristal en de inherente eigenschappen van de nanoschaalstructuren.

Het CCNY-onderzoek verschijnt in het laatste nummer van de Proceedings van de National Academy of Sciences .

Het team bestond uit afgestudeerde studenten Tal Galfsky en Jie Gu van de onderzoeksgroep van Menon in de natuurkundeafdeling van CCNY en Evgenii Narimanov (Purdue University), die voor het eerst de hyperkristallen theoretisch voorspelde. Het onderzoek werd ondersteund door het Army Research Office, de National Science Foundation - Division of Materials Research MRSEC-programma, en de Gordon en Betty Moore Foundation.