Med hjälp av elektronisk mikroskopi, forskare har spårat defekter i ytan av tvådimensionella fotoniska kristaller. Men det finns svårigheter med bulkfotoniska kristaller. Det finns inget sätt för forskare att undersöka interiören i dessa ovanliga kristaller. Så forskare har letat efter en metod för att bättre mäta dessa kristaller under en tid.

Ilya Besedin, en ingenjör från NUST MISIS Laboratory of Superconducting Metamaterials, tillsammans med en grupp forskare från Tyskland, Nederländerna, och Ryssland har visat att det finns en metod för icke-destruktiv analys av ämnets inre struktur, som inte kan ses med användning av konventionella röntgenstrålar. Det nya systemet hjälper till att skapa mikroprocessorer för optiska datorer. Verket publicerades i Små .

Forskargruppen, ledd av professor Ivan Vartanyants från MEPhI, har tillämpat den nyligen utvecklade metoden för ptychographic på fotoniska kristaller. Metodens väsen är att ämnet belyses av röntgenstrålning av en exakt definierad våg. Källor till sådan strålning kallas synkrotroner, och experimenten utfördes på DESY i Tyskland.

"Med konventionella röntgenstrålar kan du skanna antingen makroskopiska eller mycket ordnade strukturer. I vårt fall, för strukturer av polystyrensfärer av nästan mikronstorlek, bildens noggrannhet blir ännu sämre än vid fluoroskopi. Åtminstone, det kommer inte vara möjligt att urskilja ett enda objekt [mindre] än en mikron, sa Ilya Besedin.

Tack vare en så hög röntgenkvalitet, Ilya Besedin och hans kollegor har lyckats observera strukturerna av kristaller beställda i en skala av tiotals och hundratals nanometer. Viktigast, forskare har lyckats identifiera inre defekter i mesoskopiska strukturer.

Som Ilya Besedin förklarade, om kristallen är perfekt, strålen kan passera eller reflekteras. Dock, på grund av defekter, strålen kan avvika från en rak linje. "Genom att veta information om förpackningsfel, vi kan förstå logiken genom vilken strålen ändrar sin riktning. Det betyder att vi kan försöka samla logiska mönster baserade på fotoniska kristaller. En annan sak är att vi inte kan kontrollera bildandet av dessa defekter, vi kan bara försöka minska [defekterna] på makronivå, "förklarade Besedin.

"En fotonisk kristall är som en vågledare för ljuset, bara bättre. Vågledaren är nästan omöjlig att böja, och det är omöjligt att skapa fotoniska mikrochips på vågledare. En fotonisk kristall är mest lämplig för skapandet av integrerade optiska mikrochips där ljuset kan sprida sig där utvecklarna behöver det, "noterade Ilya Besedin. Det är därför huvudvärdet av detta arbete är i analysen av fotoniska kristallers inre struktur med hjälp av ptychography.

"Vi har visat det nu, med hjälp av röntgenstrålar, vi kan observera defekter i periodiska mesoskopiska strukturer. Nästa steg i specifikationen är att exponera dessa strukturer för strålning med en röntgenlaser. Detta kan ge en mer exakt bild av den inre strukturen, men det finns också vissa svårigheter. Laserstrålen är, per definition, mer kraftfull än bara en utgående från synkrotron. Medan du ökar effekten, sannolikheten för att förstöra den undersökta strukturen ökar betydligt, vilket inte är [bra]. Ptychography låter också forskare studera den inre strukturen i en kristall utan att förstöra den. Det är därför en sådan metod definitivt kommer att hitta sin tillämpning, "Avslutade Besedin.