Idén om fotonik av strukturer i nanoskala och fotoniska kristaller föddes när man analyserade möjligheten att skapa en optisk bandstruktur. Det antogs att i den optiska bandstrukturen, liksom i halvledarbandstrukturen, borde det finnas tillåtna och förbjudna tillstånd för fotoner med olika energier. Teoretiskt föreslogs en modell av mediet där periodiska förändringar i mediets dielektriska konstant eller brytningsindex användes som den periodiska gitterpotentialen. Således introducerades begreppen "fotoniskt bandgap" i en "fotonisk kristall".

Fotonisk kristallär ett supergitter där ett fält skapas på konstgjord väg, och dess period är storleksordningar större än perioden för huvudgittret. En fotonisk kristall är ett genomskinligt dielektrikum med en specifik periodisk struktur och unika optiska egenskaper.

En periodisk struktur bildas av små hål som periodiskt ändrar den dielektriska konstanten r. Diametern på dessa hål är sådan att ljusvågor av en strikt definierad längd passerar genom dem. Alla andra vågor absorberas eller reflekteras.

Fotoniska zoner bildas där ljusets utbredningshastighet beror på t.ex. I kristallen fortplantas ljuset koherent och förbjudna frekvenser uppträder, beroende på utbredningsriktningen. Bragg-diffraktion för fotoniska kristaller inträffar i det optiska våglängdsområdet.

Sådana kristaller kallas fotoniska bandgap-material (PBGB). Ur kvantelektronikens synvinkel gäller inte Einsteins lag för stimulerad emission i sådana aktiva medier. I enlighet med denna lag är hastigheterna för inducerad emission och absorption lika och summan av de exciterade N 2 och oupphetsad

av JV-atomer är A, + N., = N. Då eller 50%.

I fotoniska kristaller är 100%-ig populationsinversion möjlig. Detta gör att du kan minska pumpeffekten och minska onödig uppvärmning av kristallen.

Om en kristall utsätts för ljudvågor kan längden på ljusvågen och ljusvågens rörelseriktning, som är karakteristisk för kristallen, ändras. En utmärkande egenskap hos fotoniska kristaller är proportionaliteten hos reflektionskoefficienten R ljus i den långvågiga delen av spektrumet till dess frekvens kvadrat med 2, och inte som för Rayleigh-spridning R~ med 4 . Kortvågskomponenten i det optiska spektrumet beskrivs av den geometriska optikens lagar.

När man industriellt skapar fotoniska kristaller är det nödvändigt att hitta en teknik för att skapa tredimensionella supergitter. Detta är en mycket svår uppgift, eftersom standardreplikeringstekniker med litografimetoder är oacceptabla för att skapa 3D-nanostrukturer.

Forskarnas uppmärksamhet lockades av ädel opal (Fig. 2.23). Är detta mineral Si() 2? P 1,0 underklass av hydroxider. I naturliga opaler är hålrummen i kulorna fyllda med kiseldioxid och molekylärt vatten. Ur nanoelektronikens synvinkel är opaler tätt packade (huvudsakligen enligt den kubiska lagen) nanosfärer (kulor) av kiseldioxid. Som regel ligger nanosfärernas diameter i intervallet 200-600 nm. Packningen av kiselkulor bildar ett tredimensionellt gitter. Sådana supergitter innehåller strukturella hålrum med dimensioner 140-400 nm, som kan fyllas med halvledare, optiskt aktiva och magnetiska material. I den opala strukturen är det möjligt att skapa ett tredimensionellt gitter med en struktur i nanoskala. Den optiska opala matrisstrukturen kan fungera som en 3E)-fotonisk kristall.

Tekniken för oxiderat makroporöst kisel har utvecklats. Baserat på denna teknologiska process skapades tredimensionella strukturer i form av kiselstift (Fig. 2.24).

Fotoniska bandluckor upptäcktes i dessa strukturer. Parametrarna för bandgapen kan ändras vid litografiska processer eller genom att fylla stiftstrukturen med andra material.

Olika laserdesigner har utvecklats baserat på fotoniska kristaller. En annan klass av optiska element baserade på fotoniska kristaller är fotoniska kristallfibrer(FKV). De har

Ris. 2.23. Struktur av syntetisk opal (A) och naturliga opaler (b)"

" Källa: Gudilin E.A.[och så vidare.]. Nanovärldens rikedom. Fotorapport från materiens djup; redigerad av Yu. D. Tretyakova. M.: BINOM. Kunskapslaboratoriet, 2010.

Ris. 2.24.

bandgap i ett givet våglängdsområde. Till skillnad från konventionella optiska fibrer har fotoniska bandgap-fibrer förmågan att flytta nolldispersionens våglängd till det synliga området av spektrumet. I detta fall tillhandahålls villkor för soliton-lägen för utbredning av synligt ljus.

Genom att ändra storleken på luftrören och följaktligen storleken på kärnan, är det möjligt att öka koncentrationen av ljusstrålningseffekt och fibrernas olinjära egenskaper. Genom att ändra geometrin på fibrerna och beklädnaden är det möjligt att erhålla den optimala kombinationen av stark olinjäritet och låg dispersion i det önskade våglängdsområdet.

I fig. 2.25 visar FKV. De är indelade i två typer. Den första typen inkluderar FCF med en solid ljusledarkärna. Strukturellt är en sådan fiber gjord i form av en kvartsglaskärna i ett fotoniskt kristallskal. Vågegenskaperna hos sådana fibrer tillhandahålls både av effekten av total intern reflektion och av den fotoniska kristallens bandegenskaper. Därför utbreder sig moder av låg ordning i sådana fibrer över ett brett spektralområde. Högordningslägen skiftar in i skalet och förfaller där. I detta fall bestäms vågledaregenskaperna för kristallen för nollordningsmoder av effekten av total intern reflektion. Bandstrukturen hos en fotonisk kristall uppträder endast indirekt.

Den andra graden av FKV har en ihålig ljusledarkärna. Ljus kan spridas genom både fiberkärnan och beklädnaden. I kärnan

Ris. 2,25.

A - sektion med en solid ljusledarkärna;

6 - tvärsnitt med en ihålig ljusledande fiberkärna, är brytningsindexet mindre än beklädnadens genomsnittliga brytningsindex. Detta gör att du avsevärt kan öka kraften hos den transporterade strålningen. För närvarande har fibrer skapats som har en förlust på 0,58 dB/km per våglängd X = 1,55 µm, vilket är nära förlustvärdet i standard single-mode fiber (0,2 dB/km).

Bland andra fördelar med fotoniska kristallfibrer noterar vi följande:

• enkellägesläge för alla designvåglängder;
• brett spektrum av förändringar i grundlägespunkten;
• konstant och hög spridningskoefficient för våglängder 1,3-1,5 µm och noll dispersion för våglängder i det synliga spektrumet;
• kontrollerade polarisationsvärden, grupphastighetsspridning, transmissionsspektrum.

Fibrer med en fotonisk kristallbeklädnad används i stor utsträckning för att lösa problem inom optik, laserfysik och speciellt i telekommunikationssystem. Nyligen har olika resonanser som uppstår i fotoniska kristaller väckt intresse. Polaritoneffekter i fotoniska kristaller uppstår under interaktionen mellan elektroniska och fotonresonanser. När man skapar metall-dielektriska nanostrukturer med en period som är mycket kortare än den optiska våglängden, är det möjligt att realisera en situation där förhållandena r

En mycket betydelsefull produkt av utvecklingen av fotonik är fiberoptiska telekommunikationssystem. Deras funktion är baserad på processerna för elektrokonvertering av informationssignalen, överföring av en modulerad optisk signal via en fiberoptisk ljusledare och omvänd optisk-elektronisk omvandling.

Jag kan inte låtsas bedöma färger opartiskt. Jag gläds åt de gnistrande nyanserna och ångrar verkligen de glesa bruna. (Sir Winston Churchill).

Ursprunget för fotoniska kristaller

När du tittar på en fjärils vingar eller pärlemorbeläggningen av skal (Figur 1), blir du förvånad över hur naturen - även under många hundratusentals eller miljoner år - kunde skapa sådana fantastiska biostrukturer. Men inte bara i biovärlden finns liknande strukturer med iriserande färger, som är ett exempel på naturens nästan obegränsade kreativa möjligheter. Till exempel har halvädelstensopalen fascinerat människor sedan urminnes tider med sin briljans (Figur 2).

Idag vet varje niondeklassare att inte bara processerna för absorption och reflektion av ljus leder till vad vi kallar världens färg, utan också processerna för diffraktion och interferens. Diffraktionsgitter, som vi kan hitta i naturen, är strukturer med periodiskt växlande dielektricitetskonstant, och deras period är jämförbar med ljusets våglängd (Figur 3). Dessa kan vara 1D-galler, som i pärlemorbeläggningen av blötdjursskal som abalone, 2D-gitter, som havsmusens antenner, polychaete-mask och 3D-gitter, som ger den iriserande blå färgen till fjärilar från Peru , samt opal.

I det här fallet driver Naturen, som utan tvekan den mest erfarna materialkemisten, oss till följande lösning: tredimensionella optiska diffraktionsgitter kan syntetiseras genom att skapa dielektriska gitter som är geometriskt komplementära till varandra, d.v.s. det ena är omvänt till det andra. Och eftersom Jean-Marie Lehn yttrade den berömda frasen: "Om något existerar, då kan det syntetiseras", måste vi helt enkelt omsätta denna slutsats i praktiken.

Fotoniska halvledare och fotoniska bandgap

Så i en enkel formulering är en fotonisk kristall ett material vars struktur kännetecknas av en periodisk förändring av brytningsindexet i rumsliga riktningar, vilket leder till bildandet av ett fotoniskt bandgap. Vanligtvis, för att förstå innebörden av termerna "fotonisk kristall" och "fotoniskt bandgap", betraktas ett sådant material som en optisk analogi till halvledare. Att lösa Maxwells ekvationer för utbredning av ljus i ett dielektriskt gitter visar att, på grund av Bragg-diffraktion, kommer frekvensfördelningen av fotoner ω(k) beroende på vågvektorn k (2π/λ) att ha diskontinuitetsregioner. Detta uttalande presenteras grafiskt i figur 4, som visar analogin mellan utbredningen av en elektron i ett 1D-kristallgitter och en foton i ett 1D-fotoniskt gitter. Den kontinuerliga tätheten av tillstånd för både en fri elektron och en foton i ett vakuum genomgår ett brott inuti respektive kristall- och fotongittret i de så kallade "stoppzonerna" vid värdet av vågvektorn k (dvs momentum) , vilket motsvarar en stående våg. Detta är villkoret för Bragg-diffraktion av en elektron och en foton.

Det fotoniska bandgapet är ett intervall av frekvenser ω(k) i det reciproka utrymmet för vågvektorerna k, där utbredning av ljus med en viss frekvens (eller våglängd) är förbjuden i den fotoniska kristallen i alla riktningar, medan ljuset som faller in på fotonisk kristall reflekteras helt från den. Om ljus "uppträder" inuti en fotonisk kristall, kommer det att "frysas" in i den. Själva zonen kan vara ofullständig, den så kallade stoppzonen. Figur 5 visar 1D, 2D och 3D fotoniska kristaller i det verkliga rymden och fotondensiteten för tillstånd i reciproka rymden.

Det fotoniska bandgapet i en tredimensionell fotonisk kristall är något analogt med det elektroniska bandgapet i en kiselkristall. Därför "kontrollerar" det fotoniska bandgapet ljusflödet i en fotonisk kiselkristall på ett liknande sätt som hur laddningsbärartransport sker i en kiselkristall. I dessa två fall orsakas bildandet av bandgapet av stående vågor av fotoner respektive elektroner.

Gör din egen fotoniska kristall

Märkligt nog är Maxwells ekvationer för fotoniska kristaller inte känsliga för skalning, till skillnad från Schrödinger-ekvationen när det gäller elektroniska kristaller. Detta uppstår på grund av det faktum att våglängden för en elektron i en "normal" kristall är mer eller mindre fixerad på en nivå av flera ångström, medan dimensionsskalan för ljusets våglängd i fotoniska kristaller kan variera från ultraviolett till mikrovågsstrålning, enbart på grund av förändringar i dimensionaliteten hos de fotoniska komponenternas gitter. Detta leder till verkligt outtömliga möjligheter för att finjustera egenskaperna hos en fotonisk kristall.

För närvarande finns det många metoder för att producera fotoniska kristaller. Vissa av dem är mer lämpade för bildandet av endimensionella fotoniska kristaller, andra är lämpliga för tvådimensionella, andra är oftare tillämpliga på tredimensionella fotonkristaller, andra är. används vid framställning av fotoniska kristaller på andra optiska enheter etc. Allt är dock inte begränsat enbart till att variera dimensionerna på strukturella element. Fotoniska kristaller kan också skapas på grund av optisk olinjäritet, metall-icke-metallövergång, flytande kristallint tillstånd, ferroelektrisk dubbelbrytning, svallning och kontraktion av polymergeler, och så vidare, så länge som brytningsindexet ändras.

Var finns det inga defekter?!

Det finns praktiskt taget inga material i världen som är fria från defekter, och det är bra. Det är defekter i fastfasmaterial i b O I större utsträckning än själva kristallstrukturen påverkar de materialens olika egenskaper och i slutändan deras funktionella egenskaper samt möjliga användningsområden. Ett liknande uttalande är sant i fallet med fotoniska kristaller. Av det teoretiska övervägandet följer att införandet av defekter (punkt, förlängda - dislokationer - eller böjning) på mikronivå i ett idealiskt fotoniskt gitter gör det möjligt att skapa vissa tillstånd inuti det fotoniska bandgapet på vilka ljus kan lokaliseras, och Utbredning av ljus kan begränsas eller tvärtom förbättras längs och runt en mycket liten vågledare (Figur 6). Om vi ​​drar en analogi med halvledare, så liknar dessa tillstånd föroreningsnivåer i halvledare. Fotoniska kristaller med sådan "kontrollerad defekt" kan användas för att skapa helt optiska enheter och kretsar för den nya generationen av optisk telekommunikationsteknik.

Lätt informationsteknik

Figur 7 visar en av de futuristiska bilderna av framtidens all-light chip, som utan tvekan har varit spännande fantasin hos kemister, fysiker och materialforskare i ett helt decennium. Det helt optiska chippet består av integrerade mikrostora fotoniska kristaller med 1D, 2D och 3D periodicitet, som kan fungera som switchar, filter, lågtröskellasrar etc. medan ljus överförs mellan dem genom vågledare enbart på grund av strukturella defekter . Och även om ämnet fotoniska kristaller finns i "vägkartorna" för utvecklingen av fotonisk teknik, finns forskning och praktiska tillämpningar av dessa material fortfarande i de mycket tidiga stadierna av deras utveckling. Detta är ämnet för framtida upptäckter som kan leda till skapandet av helt lätta ultrasnabba datorer, såväl som kvantdatorer. Men för att drömmar från science fiction-författare och många vetenskapsmän som har ägnat sina liv åt studier av så intressanta och praktiskt betydelsefulla material som fotoniska kristaller ska gå i uppfyllelse, är det nödvändigt att svara på ett antal frågor. Till exempel som: vad behöver ändras i själva materialen för att lösa problemet med att göra sådana integrerade chip från mikrostora fotoniska kristaller mindre för utbredd praktisk användning? Är det möjligt att med hjälp av mikrodesign ("top-down") eller självmontering ("bottom-up") eller någon fusion av dessa två metoder (till exempel riktad självmontering) realisera i industriell skala produktion av chips från mikrostora fotoniska kristaller? Är vetenskapen om datorer baserad på mikrofotoniska kristallljuschips verklighet eller är det fortfarande en futuristisk fantasi?

Ett stort antal verk, och nyligen monografier, ägnas åt de ovanliga egenskaperna hos fotoniska kristaller. Låt oss komma ihåg att fotoniska kristaller är de artificiella medier där, på grund av periodiska förändringar i dielektriska parametrar (vilket betyder brytningsindex), egenskaperna för att fortplanta elektromagnetiska vågor (ljus) blir liknande egenskaperna hos elektroner som fortplantar sig i verkliga kristaller. Följaktligen betonar termen "fotonisk kristall" likheten mellan fotoner och elektroner. Kvantisering av egenskaperna hos fotoner leder till det faktum att i spektrumet av en elektromagnetisk våg som fortplantar sig i en fotonisk kristall kan förbjudna zoner uppstå där tätheten av fotonernas tillstånd är noll.

En tredimensionell fotonisk kristall med ett absolut bandgap realiserades först för elektromagnetiska vågor i mikrovågsområdet. Förekomsten av ett absolut bandgap innebär att elektromagnetiska vågor i ett visst frekvensband inte kan fortplanta sig i en given kristall i någon riktning, eftersom tillståndstätheten för fotoner vars energi motsvarar detta frekvensband är noll vid någon punkt i kristallen. Liksom riktiga kristaller kan fotoniska kristaller vara ledare, halvledare, isolatorer och supraledare när det gäller närvaron och egenskaperna hos deras bandgap. Om det finns "defekter" i bandgapet i en fotonisk kristall, är "infångning" av en foton med "defekten" möjlig, liknande hur en elektron eller ett hål fångas av en motsvarande förorening som finns i bandgapet i en halvledare.

Sådana utbredningsvågor med energi placerad inuti bandgapet kallas defektmoder.

fotonisk kristallmetamaterialbrytning

Som redan noterats observeras ovanliga egenskaper hos en fotonisk kristall när dimensionerna hos kristallens elementära cell är i storleksordningen av längden på den våg som utbreder sig i den. Det är tydligt att idealiska fotoniska kristaller i det synliga ljusområdet endast kan produceras med hjälp av submikronteknologier. Nivån på modern vetenskap och teknik gör det möjligt att skapa sådana tredimensionella kristaller.

Tillämpningarna av fotoniska kristaller är ganska många - optiska isolatorer, optiska grindar, switchar, multiplexorer, etc. En av de extremt viktiga strukturerna ur praktisk synvinkel är fotoniska kristalloptiska fibrer. De gjordes först av en uppsättning glaskapillärer samlade i en tät förpackning, som sedan utsattes för en konventionell huva. Resultatet var en optisk fiber som innehöll regelbundet åtskilda hål med en karakteristisk storlek på cirka 1 mikron. Därefter erhölls optiska fotoniska kristallljusledare av olika konfigurationer och med olika egenskaper (Fig. 9).

En ny borrmetod för att skapa fotoniska kristallljusledare har utvecklats vid Institutet för radioteknik och elektronik och det vetenskapliga centret för fiberoptik vid den ryska vetenskapsakademin. Först borrades mekaniska hål med valfri matris i ett tjockt kvartsarbetsstycke, och sedan ritades arbetsstycket. Resultatet blev en fotonisk kristallfiber av hög kvalitet. I sådana ljusledare är det lätt att skapa defekter av olika former och storlekar, så att flera ljuslägen kan exciteras samtidigt i dem, vars frekvenser ligger i den fotoniska kristallens bandgap. Särskilt defekter kan ta formen av en ihålig kanal, så att ljus inte sprids i kvarts utan genom luften, vilket avsevärt kan minska förlusterna i långa sektioner av fotoniska kristallljusledare. Utbredningen av synlig och infraröd strålning i fotoniska kristallljusledare åtföljs av olika fysiska fenomen: Raman-spridning, harmonisk blandning, harmonisk generering, vilket i slutändan leder till generering av superkontinuum.

Inte mindre intressant, ur synvinkeln att studera fysiska effekter och möjliga tillämpningar, är en- och tvådimensionella fotoniska kristaller. Strängt taget är dessa strukturer inte fotoniska kristaller, men de kan betraktas som sådana när elektromagnetiska vågor utbreder sig i vissa riktningar. En typisk endimensionell fotonisk kristall är en periodisk flerskiktsstruktur som består av skikt av minst två ämnen med vitt skilda brytningsindex. Om en elektromagnetisk våg utbreder sig längs normalen uppstår ett bandgap för vissa frekvenser i en sådan struktur. Om ett av skikten i strukturen ersätts med ett ämne med ett annat brytningsindex än de andra eller tjockleken på ett skikt ändras, kommer ett sådant skikt att vara en defekt som kan fånga en våg vars frekvens är i bandgapet .

Närvaron av ett magnetiskt defektskikt i en dielektrisk icke-magnetisk struktur leder till en multipel ökning av Faraday-rotationen av vågen när den utbreder sig i en sådan struktur och till en ökning av mediets optiska transparens.

Generellt sett kan närvaron av magnetiska skikt i fotoniska kristaller avsevärt förändra deras egenskaper, främst i mikrovågsområdet. Faktum är att i mikrovågsområdet är den magnetiska permeabiliteten för ferromagneter i ett visst frekvensband negativ, vilket underlättar deras användning vid skapandet av metamaterial. Genom att koppla sådana ämnen med metalliska icke-magnetiska skikt eller strukturer som består av individuella ledare eller periodiska strukturer av ledare, är det möjligt att producera strukturer med negativa värden på magnetiska och dielektriska konstanter. Ett exempel är strukturerna som skapats vid Institutet för radioteknik och elektronik vid den ryska vetenskapsakademin, utformade för att upptäcka "negativ" reflektion och brytning av magnetostatiska spinnvågor. Denna struktur är en film av yttriumjärngranat med metallledare på ytan. Egenskaperna hos magnetostatiska spinnvågor som utbreder sig i tunna ferromagnetiska filmer beror starkt på det externa magnetfältet. I det allmänna fallet är en av typerna av sådana vågor en bakåtvåg, så den skalära produkten av vågvektorn och pekvektorn för denna typ av våg är negativ.

Förekomsten av bakåtriktade vågor i fotoniska kristaller beror också på periodiciteten av egenskaperna hos själva kristallen. Speciellt för vågor vars vågvektorer ligger i den första Brillouin-zonen kan utbredningsvillkoret uppfyllas som för direkta vågor, och för samma vågor i den andra Brillouin-zonen - som för bakåtgående. Liksom metamaterial kan fotoniska kristaller också uppvisa ovanliga egenskaper i utbredningsvågor, såsom "negativ" brytning.

Emellertid kan fotoniska kristaller vara ett metamaterial för vilket fenomenet "negativ" brytning är möjligt inte bara i mikrovågsområdet utan också i det optiska frekvensområdet. Experiment bekräftar förekomsten av "negativ" brytning i fotoniska kristaller för vågor med frekvenser högre än frekvensen för det första bandgapet nära centrum av Brillouin-zonen. Detta beror på effekten av negativ grupphastighet och, som en konsekvens, ett negativt brytningsindex för vågen. Faktum är att i detta frekvensområde blir vågorna omvända.

Fotoniska kristaller (PC) är strukturer som kännetecknas av en periodisk förändring av dielektricitetskonstanten i rymden. De optiska egenskaperna hos datorer skiljer sig mycket från de optiska egenskaperna hos kontinuerliga media. Utbredningen av strålning inuti en fotonisk kristall, på grund av mediets periodicitet, blir liknande rörelsen av en elektron inuti en vanlig kristall under påverkan av en periodisk potential. Som ett resultat har elektromagnetiska vågor i fotoniska kristaller ett bandspektrum och koordinatberoende som liknar Bloch-vågor av elektroner i vanliga kristaller. Under vissa förhållanden bildas luckor i bandstrukturen på datorer, liknande förbjudna elektroniska band i naturliga kristaller. Beroende på de specifika egenskaperna (material av elementen, deras storlek och gitterperiod), både helt förbjudna frekvenszoner, för vilka utbredning av strålning är omöjlig oavsett dess polarisation och riktning, och delvis förbjudna (stoppzoner), i vilken distribution är endast möjligt i utvalda riktningar.

Fotoniska kristaller är intressanta både ur en grundläggande synvinkel och för många tillämpningar. Baserat på fotonkristaller skapas och utvecklas optiska filter, vågledare (särskilt i fiberoptiska kommunikationslinjer) och anordningar som tillåter kontroll av termisk strålning med en reducerad pumptröskel baserat på fotoniska kristaller.

Förutom att ändra reflektions-, transmissions- och absorptionsspektra, har metall-dielektriska fotoniska kristaller en specifik täthet av fotoniska tillstånd. Den förändrade densiteten av tillstånd kan avsevärt påverka livslängden för det exciterade tillståndet för en atom eller molekyl placerad inuti en fotonisk kristall och följaktligen ändra karaktären av luminescens. Till exempel, om övergångsfrekvensen i en indikatormolekyl belägen i en fotonisk kristall faller in i bandgapet, kommer luminescens vid denna frekvens att undertryckas.

FC:er är indelade i tre typer: endimensionell, tvådimensionell och tredimensionell.

En-, två- och tredimensionella fotoniska kristaller. Olika färger motsvarar material med olika dielektriska konstanter.

FC:er med omväxlande lager gjorda av olika material är endimensionella.

Elektronbild av en endimensionell PC som används i en laser som en Bragg flerskiktsspegel.

Tvådimensionella datorer kan ha mer olika geometrier. Dessa inkluderar till exempel uppsättningar av cylindrar av oändlig längd (deras tvärgående storlek är mycket mindre än den längsgående) eller periodiska system av cylindriska hål.

Elektroniska bilder av tvådimensionella framåt- och inversa fotoniska kristaller med ett triangulärt gitter.

Strukturerna hos tredimensionella datorer är mycket olika. De vanligaste i denna kategori är konstgjorda opaler - beställda system av sfäriska diffusorer. Det finns två huvudtyper av opaler: direkta och omvända opaler. Övergången från direkt opal till omvänd opal utförs genom att alla sfäriska element ersätts med håligheter (vanligtvis luft), medan utrymmet mellan dessa hålrum fylls med något material.

Nedan är ytan på PC, som är en rak opal med ett kubiskt gitter baserat på självorganiserade sfäriska polystyrenmikropartiklar.

Den inre ytan av en PC med ett kubiskt gitter baserat på självorganiserade sfäriska polystyrenmikropartiklar.

Följande struktur är en omvänd opal som syntetiseras som ett resultat av en kemisk process i flera steg: självmontering av sfäriska polymerpartiklar, impregnering av hålrummen i det resulterande materialet med en substans och avlägsnande av polymermatrisen genom kemisk etsning.

Yta av kvarts invers opal. Fotografiet erhölls med användning av svepelektronmikroskopi.

En annan typ av tredimensionella PC-datorer är strukturer av logpilestyp som bildas av rektangulära parallellepipeder som korsas, vanligtvis i räta vinklar.

Elektroniskt fotografi av en FC gjord av metallparallellepipeder.

Produktionsmetoder

Användningen av FCs i praktiken begränsas avsevärt av bristen på universella och enkla metoder för deras produktion. Nuförtiden har flera metoder för att skapa FC implementerats. De två huvudsakliga tillvägagångssätten beskrivs nedan.

Den första av dessa är den så kallade självorganiserings- eller självmonteringsmetoden. Självmontering av en fotonisk kristall använder kolloidala partiklar (de vanligaste är monodispersa kisel- eller polystyrenpartiklar) som finns i en vätska och, när vätskan avdunstar, sätter sig i volymen. När de "avsätter" varandra bildar de en tredimensionell PC och ordnas, beroende på förhållandena, i ett ansiktscentrerat kubiskt eller hexagonalt kristallgitter. Denna metod är ganska långsam; bildandet av FC kan ta flera veckor. Dess nackdelar inkluderar också den dåligt kontrollerade andelen defekter som uppstår under deponeringsprocessen.

En av varianterna av självmonteringsmetoden är den så kallade honeycomb-metoden. Denna metod involverar filtrering av en vätska som innehåller partiklar genom små porer och tillåter bildandet av PC:er med en hastighet som bestäms av hastigheten för vätskeflödet genom dessa porer. Jämfört med den konventionella deponeringsmetoden är denna metod mycket snabbare, dock är andelen defekter högre vid användning.

Fördelarna med de beskrivna metoderna inkluderar det faktum att de tillåter bildandet av stora PC-prover (upp till flera kvadratcentimeter i yta).

Den näst mest populära metoden för att producera datorer är etsningsmetoden. Olika etningsmetoder används vanligtvis för att tillverka 2D-datorer. Dessa metoder är baserade på användningen av en fotoresistmask (som definierar t.ex. en uppsättning halvklot) bildad på ytan av ett dielektrikum eller metall och definierar geometrin för etsningsområdet. Denna mask kan tillverkas med en standardfotolitografimetod, direkt följt av kemisk etsning av provytan med en fotoresist. I detta fall sker följaktligen i områden där fotoresisten är belägen etsning av fotoresistytan, och i områden utan fotoresist sker etsning av dielektrikumet eller metallen. Processen fortsätter tills önskat etsdjup uppnåtts, varefter fotoresisten tvättas bort.

Nackdelen med denna metod är användningen av fotolitografiprocessen, vars bästa rumsliga upplösning bestäms av Rayleigh-kriteriet. Därför är denna metod lämplig för att skapa datorer med ett bandgap, som vanligtvis ligger i det nära-infraröda området av spektrumet. Oftast, för att uppnå den erforderliga upplösningen, används en kombination av fotolitografi och elektronstrålelitografi. Denna metod är en dyr men mycket exakt metod för tillverkning av kvasi-tvådimensionella datorer. I denna metod bestrålas en fotoresist, som ändrar sina egenskaper när den exponeras för en elektronstråle, på specifika platser för att bilda en rumslig mask. Efter bestrålning tvättas en del av fotoresisten av och den återstående delen används som en mask för etsning i den efterföljande tekniska cykeln. Den maximala upplösningen för denna metod är cirka 10 nm.

Paralleller mellan elektrodynamik och kvantmekanik

Vilken lösning som helst på Maxwells ekvationer, i fallet med linjära medier och i frånvaro av fria laddningar och strömkällor, kan representeras som en överlagring av tidsharmoniska funktioner med komplexa amplituder beroende på frekvens: , där det finns antingen , eller .

Eftersom fälten är reella, då , och kan skrivas som en överlagring av funktioner harmoniska i tid med en positiv frekvens: ,

Med hänsyn till övertonsfunktioner kan vi gå vidare till frekvensformen för Maxwells ekvationer, som inte innehåller tidsderivator: ,

där tidsberoendet för fälten som är involverade i dessa ekvationer representeras som , . Vi antar att medierna är isotropa och den magnetiska permeabiliteten är .

När vi uttryckligen uttrycker fältet, tar rotorn från båda sidor av ekvationerna och ersätter den andra ekvationen med den första, får vi:

var är ljusets hastighet i vakuum.

Med andra ord har vi ett egenvärdeproblem:

för operatören

där beroendet bestäms av strukturen i fråga.

Den resulterande operatorns egenfunktioner (moder) måste uppfylla villkoret

Ligger som

I detta fall uppfylls villkoret automatiskt, eftersom rotordergensen alltid är noll.

Operatören är linjär, vilket innebär att varje linjär kombination av lösningar på egenvärdesproblemet med samma frekvens också kommer att vara en lösning. Det kan visas att i detta fall är operatören Hermitian, d.v.s. för alla vektorfunktioner

där den skalära produkten definieras som

Eftersom operatorn är hermitisk, följer det att dess egenvärden är verkliga. Det kan också visas att vid 0" align="absmiddle"> är egenvärdena icke-negativa, och därför är frekvenserna reella.

Den skalära produkten av egenfunktioner som motsvarar olika frekvenser är alltid lika med noll. Vid lika frekvenser är detta inte nödvändigtvis fallet, utan man kan alltid arbeta endast med linjära kombinationer av sådana egenfunktioner som är ortogonala mot varandra. Dessutom är det alltid möjligt att konstruera en bas från egenfunktionerna för den hermitiska operatorn ortogonalt mot varandra.

Om vi ​​tvärtom uttrycker fältet i termer av får vi ett generaliserat egenvärdeproblem:

där operatorer redan finns på båda sidor av ekvationen (och efter att ha dividerat med operatorn på vänster sida av ekvationen blir icke-hermitisk). I vissa fall är denna formulering mer bekväm.

Observera att när egenvärdena byts ut i ekvationen kommer den nya lösningen att motsvara frekvensen . Detta faktum kallas skalbarhet och har stor praktisk betydelse. Framställningen av fotoniska kristaller med karakteristiska dimensioner i storleksordningen mikron är tekniskt svår. Men för teständamål är det möjligt att göra en modell av en fotonisk kristall med en period och elementstorlek i storleksordningen en centimeter, som skulle fungera i centimeterläge (i detta fall är det nödvändigt att använda material som skulle har ungefär samma dielektricitetskonstant som de simulerade materialen i centimeterfrekvensområdet).

Låt oss dra en analogi mellan teorin som beskrivs ovan och kvantmekaniken. Inom kvantmekaniken betraktar vi en skalär vågfunktion som tar komplexa värden. Inom elektrodynamik är det vektor, och det komplexa beroendet introduceras endast för bekvämlighet. En konsekvens av detta faktum är i synnerhet att bandstrukturerna för fotoner i en fotonisk kristall kommer att vara olika för vågor med olika polarisationer, i motsats till bandstrukturerna för elektroner.

I både kvantmekanik och elektrodynamik är problemet med egenvärden för den hermitiska operatören löst. Inom kvantmekaniken motsvarar hermitiska operatörer observerbara storheter.

Och slutligen, inom kvantmekaniken, om operatören representeras som en summa, kan lösningen på egenvärdesekvationen skrivas som , det vill säga problemet delas upp i tre endimensionella. Inom elektrodynamik är detta omöjligt, eftersom operatören "ansluter" alla tre koordinaterna, även om de är separerade. Av denna anledning, inom elektrodynamik, finns analytiska lösningar endast tillgängliga för ett mycket begränsat antal problem. Speciellt exakta analytiska lösningar för bandspektrumet för datorer finns främst för endimensionella datorer. Det är därför numerisk modellering spelar en viktig roll för att beräkna egenskaperna hos fotoniska kristaller.

Zonstruktur

En fotonisk kristall kännetecknas av periodiciteten hos funktionen:

En godtycklig translationsvektor, representerad som

där är primitiva translationsvektorer och är heltal.

Med Blochs teorem kan egenfunktionerna för en operator väljas så att de har formen av en plan våg multiplicerat med en funktion med samma periodicitet som FC:n:

var är en periodisk funktion. I det här fallet kan värdena väljas på ett sådant sätt att de tillhör den första Brillouin-zonen.

Genom att ersätta detta uttryck i det formulerade egenvärdesproblemet får vi egenvärdesekvationen

Egenfunktionerna måste vara periodiska och uppfylla villkoret.

Det kan visas att varje vektorvärde motsvarar en oändlig uppsättning lägen med en diskret uppsättning frekvenser, som vi kommer att numrera i stigande ordning med indexet . Eftersom operatören är kontinuerligt beroende av beror frekvensen vid ett fast index på också kontinuerligt. Uppsättningen av kontinuerliga funktioner utgör bandstrukturen för PC:n. Genom att studera bandstrukturen hos en PC kan man få information om dess optiska egenskaper. Närvaron av ytterligare symmetri i FC tillåter oss att begränsa oss till en viss subregion av Brillouin-zonen, som kallas irreducible. Lösningar för , som tillhör denna irreducerbara zon, reproducerar lösningar för hela Brillouin-zonen.

Till vänster: En tvådimensionell fotonisk kristall bestående av cylindrar packade i ett kvadratiskt gitter. Höger: Första Brillouin-zonen motsvarande ett kvadratiskt gitter. Den blå triangeln motsvarar den irreducerbara Brillouin-zonen. G, M Och X- punkter med hög symmetri för ett kvadratiskt gitter.

Frekvensintervall som inga moder motsvarar något verkligt värde på vågvektorn kallas bandgap. Bredden av sådana zoner ökar med ökande kontrast av dielektricitetskonstanten i den fotoniska kristallen (förhållandet mellan de dielektriska konstanterna för de ingående elementen i den fotoniska kristallen). Om strålning med en frekvens som ligger innanför bandgapet genereras inuti en sådan fotonisk kristall, kan den inte fortplanta sig i den (det motsvarar vågvektorns komplexa värde). Amplituden för en sådan våg kommer att avta exponentiellt inuti kristallen (evanescent våg). Detta är grunden för en av egenskaperna hos en fotonisk kristall: förmågan att kontrollera spontan emission (i synnerhet dess undertryckande). Om sådan strålning faller på den fotoniska kristallen från utsidan, reflekteras den fullständigt från den fotoniska kristallen. Denna effekt är grunden för användningen av fotoniska kristaller för reflekterande filter, samt resonatorer och vågledare med högreflekterande väggar.

Som regel koncentreras lågfrekventa moder till övervägande del i lager med hög dielektricitetskonstant, medan högfrekvensmoder huvudsakligen är koncentrerade till lager med lägre dielektricitetskonstant. Därför kallas den första zonen ofta dielektrisk, och nästa efter den - luft.

Bandstruktur för en endimensionell PC, motsvarande vågutbredning vinkelrätt mot lagren. I alla tre fallen har varje lager en tjocklek på 0,5 a, Var a- FC-period. Vänster: Varje lager har samma dielektricitetskonstant ε = 13. Centrum: dielektricitetskonstant för alternerande skikt har värden ε = 12 och ε = 13. Höger: ε = 1 och ε = 13.

I fallet med en PC med en dimension mindre än tre finns det inga fullständiga bandgap för alla riktningar, vilket är en konsekvens av närvaron av en eller två riktningar längs vilka PC:n är homogen. Intuitivt kan detta förklaras av det faktum att längs dessa riktningar vågen inte upplever flera reflektioner som krävs för bildandet av bandgap.

Trots detta är det möjligt att skapa endimensionella datorer som skulle reflektera vågor som infaller på datorn i vilken vinkel som helst.

Bandstruktur av en endimensionell PC med punkt a, där tjockleken på alternerande skikt är 0,2 a och 0,8 a, och deras dielektriska konstanter är ε = 13 och ε = 1 respektive. Den vänstra delen av figuren motsvarar vågens utbredningsriktning vinkelrätt mot lagren (0, 0, k z), och den högra - i riktning längs lagren (0, k y, 0). Den förbjudna zonen existerar endast för riktningen vinkelrät mot lagren. Observera att när k y > 0, avlägsnas degenerationen för två olika polarisationer.

Nedan är bandstrukturen för en PC med geometrin som en opal. Det kan ses att denna PC har ett komplett bandgap vid en våglängd på cirka 1,5 μm och ett stoppband, med ett reflektionsmaximum vid en våglängd på 2,5 μm. Genom att ändra etstiden för kiselmatrisen i ett av stegen av invers opalproduktion och därigenom variera sfärernas diameter, är det möjligt att uppnå lokalisering av bandgapet i ett visst våglängdsområde. Författarna noterar att en struktur med liknande egenskaper kan användas inom telekommunikationsteknik. Strålning vid bandgap-frekvensen kan lokaliseras inuti PC-volymen, och när den nödvändiga kanalen tillhandahålls kan den spridas praktiskt taget utan förlust. En sådan kanal kan exempelvis bildas genom att ta bort element från en fotonisk kristall längs en viss linje. När kanalen är böjd kommer den elektromagnetiska vågen också att ändra rörelseriktningen och upprepa kanalens form. En sådan PC är alltså tänkt att användas som en överföringsenhet mellan den sändande enheten och det optiska mikrochipset som bearbetar signalen.

Jämförelse av reflektansspektrat i GL-riktningen, uppmätt experimentellt, och bandstrukturen beräknad med planvågsexpansionsmetoden för invers kisel (Si) opal med ett ansiktscentrerat kubiskt gitter (den första Brillouin-zonen visas i insättningen). Volymandel av kisel 22%. Gallertid 1,23 µm

I fallet med endimensionella datorer är även den minsta dielektriska konstantkontrast tillräcklig för att bilda ett bandgap. Det verkar som om man för tredimensionella dielektriska PC-datorer kan dra en liknande slutsats: att anta närvaron av ett fullständigt bandgap oavsett hur liten kontrasten för dielektricitetskonstanten i fallet om vektorn är vid gränsen till Brillouin-zonen. har identiska moduler i alla riktningar (vilket motsvarar en sfärisk Brillouin-zon). Tredimensionella kristaller med en sfärisk Brillouin-zon finns dock inte i naturen. Som regel har den en ganska komplex polygonal form. Det visar sig alltså att bandgap i olika riktningar finns vid olika frekvenser. Endast om den dielektriska kontrasten är tillräckligt stor kan stoppband i olika riktningar överlappa varandra och bilda ett komplett bandgap i alla riktningar. Närmast sfärisk (och därmed mest oberoende av riktningen för Bloch-vektorn) är den första Brillouin-zonen av de face-centred cubic (FCC) och diamantgittren, vilket gör tredimensionella PC-datorer med en sådan struktur mest lämpade för att bilda en total bandgap i spektrumet. Samtidigt krävs en stor dielektrisk konstant kontrast för uppkomsten av kompletta bandgap i spektra av sådana PC. Om vi ​​betecknar den relativa slitsbredden som , krävs kontrast för att uppnå värden på 5\%" align="absmiddle"> för diamant- respektive fcc-gittren. För att använda bandgap i fotoniska kristallspektra i olika tillämpningar, det är nödvändigt att kunna göra bandgapet tillräckligt stort, med tanke på att alla datorer som erhållits i experiment är ofullkomliga, och defekter i strukturen kan minska bandgapet avsevärt.

Den första Brillouin-zonen av ett kubiskt ansiktscentrerat gitter och punkter med hög symmetri.

Sammanfattningsvis, låt oss återigen notera likheten mellan de optiska egenskaperna hos PC: er med egenskaperna hos elektroner i kvantmekaniken när man överväger bandstrukturen hos ett fast ämne. Det finns dock en betydande skillnad mellan fotoner och elektroner: elektroner har en stark interaktion med varandra. Därför kräver "elektroniska" problem som regel att man tar hänsyn till multielektroneffekter, vilket avsevärt ökar problemets dimension, vilket ofta tvingar användningen av otillräckligt exakta approximationer, medan det i en PC består av element med en försumbar olinjär optisk respons , denna svårighet saknas.

En lovande riktning inom modern optik är strålningskontroll med fotoniska kristaller. Sandia Labs har i synnerhet undersökt fotonkristaller med loghögar för att uppnå hög emissionsselektivitet i det nära-infraröda området av metalliska fotonkristaller och samtidigt undertrycka kraftig emission i det mellaninfraröda området (<20мкм). В этих работах было показано, что для таких ФК излучение в среднем ИК диапазоне сильно подавлено из-за наличия в спектре ФК полной фотонной щели. Однако качество полной фотонной щели падает с ростом температуры из-за увеличения поглощения в вольфраме, что приводит к низкой селективности излучения при высоких температурах.

Enligt Kirchhoffs lag för strålning i termisk jämvikt är emissiviteten hos en grå kropp (eller yta) proportionell mot dess absorptionsförmåga. Därför kan deras absorptionsspektra studeras för att få information om emissiviteten hos metall-PC:er. För att uppnå hög selektivitet för en emitterande struktur i det synliga området (nm) innehållande PC, är det nödvändigt att välja förhållanden under vilka absorptionen i det synliga området är hög och i IR undertrycks.

I våra arbeten http analyserade vi i detalj förändringen i absorptionsspektrumet för en fotonisk kristall med volframelement och med opal geometri när alla dess geometriska parametrar ändras: gitterperioden, storleken på volframelementen, antalet lager i fotoniskt kristallprov. En analys gjordes också av effekten på absorptionsspektrumet av defekter i den fotoniska kristallen som uppstår under dess tillverkning.

Under det senaste decenniet har utvecklingen av mikroelektronik saktat ner, eftersom hastighetsgränserna för standardhalvledarenheter nästan har nåtts. Ett ökande antal studier ägnas åt utvecklingen av alternativa områden till halvledarelektronik - dessa är spintronik, mikroelektronik med supraledande element, fotonik och några andra.

Den nya principen att överföra och bearbeta information med hjälp av ljus snarare än elektriska signaler kan påskynda uppkomsten av ett nytt skede av informationsåldern.

Från enkla kristaller till fotoniska

Grunden för framtidens elektroniska enheter kan vara fotoniska kristaller - dessa är syntetiskt ordnade material där dielektricitetskonstanten ändras periodiskt i strukturen. I kristallgittret hos en traditionell halvledare leder regelbundenhet och periodicitet i arrangemanget av atomer till bildandet av en så kallad bandenergistruktur - med tillåtna och förbjudna band. En elektron vars energi faller inom det tillåtna bandet kan röra sig runt kristallen, men en elektron med energi i bandgapet blir "låst".

I analogi med en vanlig kristall uppstod idén om en fotonisk kristall. I den orsakar periodiciteten hos den dielektriska konstanten uppkomsten av fotoniska zoner, i synnerhet den förbjudna zonen, inom vilken utbredningen av ljus med en viss våglängd undertrycks. Det vill säga, eftersom fotoniska kristaller är transparenta för ett brett spektrum av elektromagnetisk strålning, sänder inte ljus med en vald våglängd (lika med två gånger strukturens period längs den optiska vägens längd).

Fotoniska kristaller kan ha olika dimensioner. Endimensionella (1D) kristaller är en flerskiktsstruktur av alternerande lager med olika brytningsindex. Tvådimensionella fotoniska kristaller (2D) kan representeras som en periodisk struktur av stavar med olika dielektriska konstanter. De första syntetiska prototyperna av fotoniska kristaller var tredimensionella och skapades i början av 1990-talet av anställda vid forskningscentret Bell Labs(USA). För att få ett periodiskt gitter i ett dielektriskt material, borrade amerikanska forskare cylindriska hål på ett sådant sätt att de fick ett tredimensionellt nätverk av tomrum. För att materialet skulle bli en fotonisk kristall, modulerades dess dielektricitetskonstant med en period på 1 centimeter i alla tre dimensionerna.

Naturliga analoger av fotoniska kristaller är pärlemorbeläggningar av skal (1D), antenner från en havsmus, en polychaete-mask (2D), vingarna på en afrikansk sväljsvansfjäril och halvädelstenar, såsom opal ( 3D).

Men även idag, även med de mest moderna och dyra metoderna för elektronlitografi och anisotrop jonetsning, är det svårt att producera defektfria tredimensionella fotoniska kristaller med en tjocklek på mer än 10 strukturella celler.

Fotoniska kristaller bör få bred tillämpning i fotonisk integrerad teknologi, som i framtiden kommer att ersätta elektriska integrerade kretsar i datorer. Vid överföring av information med hjälp av fotoner istället för elektroner kommer strömförbrukningen att minska kraftigt, klockfrekvenser och informationsöverföringshastighet kommer att öka.

Titanoxid fotonisk kristall

Titanoxid TiO 2 har en uppsättning unika egenskaper, såsom ett högt brytningsindex, kemisk stabilitet och låg toxicitet, vilket gör det till det mest lovande materialet för att skapa endimensionella fotoniska kristaller. Om vi ​​betraktar fotoniska kristaller för solceller, vinner titanoxid här på grund av dess halvledaregenskaper. Tidigare har en ökning av solcellers effektivitet demonstrerats vid användning av ett halvledarskikt med en periodisk fotonisk kristallstruktur, inklusive fotoniska kristaller av titanoxid.

Men än så länge är användningen av fotoniska kristaller baserade på titandioxid begränsad av bristen på reproducerbar och billig teknik för att skapa dem.

Anställda vid fakulteten för kemi och fakulteten för materialvetenskap vid Moscow State University - Nina Sapoletova, Sergei Kushnir och Kirill Napolsky - har förbättrat syntesen av endimensionella fotoniska kristaller baserade på porösa titanoxidfilmer.

"Anodisering (elektrokemisk oxidation) av ventilmetaller, inklusive aluminium och titan, är en effektiv metod för att producera porösa oxidfilmer med nanometerstora kanaler", förklarade Kirill Napolsky, chef för den elektrokemiska nanostruktureringsgruppen, Candidate of Chemical Sciences.

Anodisering utförs vanligtvis i en elektrokemisk cell med två elektroder. Två metallplattor, katoden och anoden, sänks ner i elektrolytlösningen och en elektrisk spänning appliceras. Väte frigörs vid katoden och elektrokemisk oxidation av metallen sker vid anoden. Om spänningen som appliceras på cellen ändras periodiskt, bildas en porös film med en porositet av en given tjocklek på anoden.

Det effektiva brytningsindexet kommer att moduleras om pordiametern ändras periodiskt inom strukturen. Tidigare utvecklade tekniker för anodisering av titan gjorde det inte möjligt att erhålla material med en hög grad av periodisk struktur. Kemister från Moscow State University har utvecklat en ny metod för att anodisera metall med spänningsmodulering beroende på anodiseringsladdningen, vilket gör det möjligt att skapa porösa anodiska metalloxider med hög precision. Kemister demonstrerade kapaciteten hos den nya tekniken med exemplet med endimensionella fotoniska kristaller gjorda av anodisk titanoxid.

Som ett resultat av ändring av anodiseringsspänningen enligt en sinusformad lag i intervallet 40–60 volt, erhöll forskare anodiska titanoxidnanorör med konstant ytterdiameter och periodiskt ändrande innerdiameter (se figur).

– Tidigare använda anodiseringstekniker gjorde det inte möjligt att erhålla material med hög grad av periodisk struktur. Vi har utvecklat en ny teknik, vars nyckelkomponent är på plats(direkt under syntes) mätning av anodiseringsladdningen, vilket gör det möjligt att mycket noggrant kontrollera tjockleken på skikt med olika porositeter i den bildade oxidfilmen”, förklarade en av författarna till arbetet, kandidat för kemivetenskap Sergei Kushnir.

Den utvecklade tekniken kommer att förenkla skapandet av nya material med en modulerad struktur baserad på anodiska metalloxider. "Om vi ​​betraktar användningen av fotoniska kristaller gjorda av anodisk titanoxid i solceller som en praktisk användning av tekniken, så har en systematisk studie av inverkan av de strukturella parametrarna för sådana fotoniska kristaller på effektiviteten av ljusomvandling i solceller har ännu inte genomfört”, förklarade Sergey Kushnir.