211service.com
Dabas fotoniskais kristāls
Pētnieki ir atklājuši Brazīlijas vaboļu sugu, kurai ir neparasta iezīme - gandrīz no jebkura leņķa atstarot zaigojošu zaļo krāsu. Pētot vaboles zvīņu struktūru, Jūtas Universitātes zinātnieki atklāja ideālu fotonisku kristālu struktūru redzamajai gaismai — tāda veida materiālam, ko optiķi ir meklējuši gadiem ilgi.
Neapstrādāti dimanti: Collu gara Brazīlijas vabole Lamprocyphus augustus (augšā) ir svari, kas satur fotoniskus kristālus, piešķirot kukainim unikālu zaļo mirdzumu. Apakšējā attēlā atsevišķas vaboles zvīņas atspoguļo zaigojošu zaļu krāsu mikroskopisku dimantiem līdzīgu struktūru dēļ.
Trīsdimensiju periodiskas struktūras, ko sauc par fotoniskajiem kristāliem, ir potenciāli vērtīgi materiāli fotonu kontrolei; zinātnieki varētu izmantot fotoniskus kristālus, kas darbojas redzamā viļņa garumā, lai izstrādātu efektīvākas saules baterijas, telekomunikācijas, sensorus un pat optiskās datoru mikroshēmas. Jo īpaši tiek uzskatīts, ka dimanta struktūra ir visefektīvākais trīsdimensiju fotoniskais kristāls redzamajai gaismai, jo tas var atspoguļot plašu krāsu joslu un tam ir augsta atstarošanas spēja. Mazāk gaismas izplūdes nozīmē, ka pētnieki var labāk kontrolēt un manipulēt ar fotoniem.
Fotoniskos kristālus, kas kontrolē redzamo gaismu, zinātniekiem ir bijis grūti izgatavot no atbilstošiem materiāliem, jo struktūras periodiskumam jābūt mazam, lai manipulētu ar tik īsiem viļņu garumiem. Ir izveidoti vienas un divu dimensiju fotoniskie kristāli redzamajai gaismai, kā arī trīsdimensiju dimanta struktūra garākiem infrasarkano staru viļņu garumiem. Dimanta struktūra, kas var atspoguļot redzamo gaismu visos leņķos visās polarizācijās, vēl nav izveidota. Taču šīs vaboles zvīņu izpēte var sniegt jaunu ieskatu par to, kā izveidot šādu trīsdimensiju fotonisku kristālu redzamai gaismai.
Maikls Bārtls , Jūtas Universitātes profesors, maģistrants Džeremijs Galuša un viņu kolēģi izmantoja ļoti plānu griešanas paņēmienu, lai atklātu un modelētu Lamprocyphus augustus . Katras skalas iekšpusē, kuras diametrs ir aptuveni 100 mikrometri un biezums no 15 līdz 20 mikrometriem, ir trīsdimensiju fotoniska struktūra. Struktūra atgādina to, kā oglekļa atomi izkārtojas dimantā, un tas sastāv no kristāla režģa ar periodisku aptuveni 300 nanometru vienības struktūru, saka Bartls. Mērogā dimanta režģis ir novietots dažādās orientācijās, piešķirot vabolei tās zaļo spīdumu gandrīz no jebkura leņķa.
Dimanta strukturētie fotoniskie kristāli ir vieni no visgrūtāk izgatavojamajiem, saka Džordžijas Tehnikas profesors Džuns Lins Vans . Izmantojot bioloģiju kā veidni, šajā rakstā parādīta iespēja izgatavot mākslīgus dimanta fotoniskus kristālus ar labi izstrādātu optisko veiktspēju, viņš saka.
Pašas vaboles zvīņas praktiski nav izmantojamas, jo hitīna materiāls ir pārāk trausls un nevadošs. Grupa pašlaik veido vaboļu zvīņas no pusvadītāja. Mēs gūstam labus panākumus, saka Bartls. Viņš un viņa kolēģi ne tikai izmanto vaboles struktūru kā veidni, bet arī pēta, kā vabole veido struktūru, cerot atdarināt mākslīgo dimanta fotonisko struktūru radīšanas procesu.
Lietojumprogrammas, kurās izmanto fotoniskos kristālus, ir vairāk vai mazāk ierobežotas ar tuvējo infrasarkano staru spektru, saka Ayman Abouraddy, MIT pētnieks. Mēs jau zinām [ka dimanta struktūra] noderēs; mēs vienkārši nezinām, kā to izdarīt efektīvi. Pārsteidzoši ir fakts, ka vabole ar dūnas un netīrās ķīmiskās sintēzes pieeju spēj izveidot diezgan tīru struktūru.