Met behulp van elektronische microscopie, wetenschappers hebben defecten in het oppervlak van tweedimensionale fotonische kristallen opgespoord. Maar er zijn problemen met bulkfotonische kristallen. Wetenschappers kunnen op geen enkele manier het interieur van deze ongewone kristallen onderzoeken. Wetenschappers zijn dus al een tijdje op zoek naar een methode om deze kristallen beter te kunnen meten.

Ilja Besedin, een ingenieur van het NUST MISIS-laboratorium voor supergeleidende metamaterialen, samen met een groep wetenschappers uit Duitsland, Nederland, en Rusland heeft aangetoond dat er een methode is voor niet-destructieve analyse van de innerlijke structuur van de stof, die niet kunnen worden gezien met het gebruik van conventionele röntgenstralen. Het nieuwe systeem zal helpen bij het creëren van microprocessors voor optische computers. Het werk is gepubliceerd in Klein .

De onderzoeksgroep, onder leiding van professor Ivan Vartanyants van MEPhI, heeft de recent ontwikkelde methode van ptychografisch toegepast op fotonische kristallen. De essentie van de methode is dat de stof wordt belicht door röntgenstraling van een exact gedefinieerde golf. Bronnen van dergelijke straling worden synchrotrons genoemd, en de experimenten werden uitgevoerd bij DESY in Duitsland.

"Met conventionele röntgenfoto's kun je macroscopische of zeer geordende structuren scannen. In ons geval voor structuren van polystyreenbolletjes van bijna micron groot, de nauwkeurigheid van het beeld zal nog slechter zijn dan bij fluoroscopie. Minstens, het zal niet mogelijk zijn om een ​​enkel object [kleiner] dan een micron te onderscheiden, ' zei Ilja Besedin.

Dankzij een dergelijke röntgenfoto van hoge kwaliteit, Ilya Besedin en zijn collega's zijn erin geslaagd om de structuren van kristallen te observeren, geordend op een schaal van tientallen en honderden nanometers. Het belangrijkste is, wetenschappers zijn erin geslaagd om interne defecten van mesoscopische structuren te identificeren.

Zoals Ilya Besedin uitlegde, als het kristal perfect is, de straal kan er doorheen gaan of gereflecteerd worden. Echter, wegens gebreken, de straal kan afwijken van een rechte lijn. "Door informatie over verpakkingsfouten te kennen, we kunnen de logica begrijpen waardoor de straal van richting verandert. Dit betekent dat we kunnen proberen logische ontwerpen te verzamelen op basis van fotonische kristallen. Een ander ding is dat we de vorming van deze defecten niet kunnen beheersen, we kunnen alleen proberen [de gebreken] op macroniveau te verminderen, ’ legde Besedin uit.

"Een fotonisch kristal is als een golfgeleider voor het licht, alleen beter. De golfgeleider is bijna niet te buigen, en het is onmogelijk om fotonische microchips op golfgeleiders te maken. Een fotonisch kristal is het meest geschikt voor het creëren van integrale optische microchips waar het licht zich kan verspreiden waar de ontwikkelaars het nodig hebben, " merkte Ilya Besedin op. Daarom ligt de belangrijkste waarde van dit werk in de analyse van de innerlijke structuur van fotonische kristallen met behulp van ptychografie.

“Dat hebben we nu laten zien, met behulp van röntgenstralen, we kunnen defecten waarnemen in periodieke mesoscopische structuren. De volgende fase van specificatie is om deze structuren bloot te stellen aan straling met een röntgenlaser. Dit kan een nauwkeuriger beeld geven van de interne structuur, maar er zijn ook enkele moeilijkheden. De laserstraal is, per definitie, krachtiger dan alleen een uitgaande van synchrotron. Terwijl het vermogen toeneemt, de kans op vernietiging van de onderzochte structuur aanzienlijk toeneemt, wat niet [goed] is. Ptychografie stelt onderzoekers ook in staat om de innerlijke structuur van een kristal te bestuderen zonder het te vernietigen. Daarom zal zo'n methode zeker zijn toepassing vinden, ’ concludeerde Besedin.