Fotonische kristallen zijn de nanostructuren die fotonen kunnen manipuleren door middel van een energiekloof, vergelijkbaar met hoe de halfgeleiders in computerchips elektronische stroom manipuleren. Er werd altijd gedacht dat fotonische kristallen dik en omvangrijk moesten zijn om functioneel te zijn. Wetenschappers van de Universiteit van Tokio, de Universiteit voor Elektrocommunicatie in Tokio, het Kyoto Institute of Technology en de Universiteit Twente ontdekten dat zelfs zeer dunne 3D-fotonische bandgapkristallen krachtige apparaten zijn om de lichtstroom sterk te beheersen. De nieuwe inzichten leiden tot ontwerpregels voor nieuwe opto-elektronische apparaten voor efficiënte telecommunicatie en computers, en dunne zonnecellen. Het resulterende artikel verschijnt in het tijdschrift Fysieke beoordeling B , gepubliceerd door de American Physical Society.

"We bestudeerden zorgvuldig samengestelde fotonische kristallen met de zogenaamde houtstapelstructuur, " zegt hoofdauteur Dr. Tajiri (zie figuur 1). "Onze kristallen bestaan ​​uit gestapelde reeksen staafjes in twee loodrechte richtingen in een halfgeleiderwafel zoals galliumarsenide. De kristalstructuur is geïnspireerd op diamanten edelstenen." De geavanceerde methode maakt het gemakkelijk om dunne structuren van slechts enkele lagen dik te maken, tussen een paar honderd nanometer tot ongeveer een micron.

Om hun nieuwe kristallen te onderzoeken, het Japans-Nederlandse team besloot de reflectiviteitsspectra te meten. Daarom, na fabricage in Japan, ze werden verscheept naar Twente voor microscopische metingen. De spectra toonden aan dat de dunne diamantachtige fotonische kristallen opmerkelijk goed functioneren:alle kristallen vertoonden zowel een hoge reflectiviteit als brede pieken. Opmerkelijk, dit gebeurde zelfs voor het dunste kristal.

Het gereflecteerde licht mag geen kristallen binnendringen over een aanzienlijk bereik van golflengten, ook wel een verboden kloof genoemd. In de Japans-Nederlandse kristallen, de situatie is nog radicaler, aangezien het verboden is om gelijktijdig in alle richtingen te reizen. Dr. Tajiri legt uit:"De snelle vorming van de verboden opening in onze kristallen is opmerkelijk omdat eerdere 3D-kristallen een grote dikte nodig hadden om een ​​opening te laten ontstaan."

Mogelijke toepassingen

Prof. Iwamoto leider van het Japanse team zegt:"Onze ontdekking dat zelfs dunne fotonische kristallen krachtige apparaten zijn, betekent dat we aanzienlijke fabricagetijd en middelen kunnen besparen." En prof. Vos, leider van het Nederlands elftal, enthousiast:"Het resultaat dat zelfs dunne structuren volledig functioneel zijn, is geweldig nieuws voor toepassingen in fotovoltaïsche toepassingen. wetenschappers zijn op zoek naar dunne breedbandreflectoren aan de achterkant om de prestaties van dunne zonnecellen te verbeteren."

Het artikel is getiteld "Reflectivity of Finite 3-D GaAs Photonic Band Gap Crystals" en is gepubliceerd in Fysieke beoordeling B op 1 juni.