Fotoniska kristaller är nanostrukturer som kan manipulera fotoner med hjälp av ett energigap, liknande hur halvledarna i datorchips manipulerar elektronisk ström. Man trodde alltid att fotoniska kristaller skulle vara tjocka och skrymmande för att vara funktionella. Forskare från University of Tokyo, University of Electro-Communications i Tokyo, Kyoto Institute of Technology och University of Twente upptäckte att även mycket tunna 3-D fotoniska bandgapkristaller är kraftfulla enheter för att starkt kontrollera ljusflödet. De nya insikterna leder till designregler för nya optoelektroniska enheter för effektiv telekommunikation och datorer, och tunna solceller. Det resulterande papperet kommer att visas i journalen Fysisk granskning B , publicerad av American Physical Society.

"Vi studerade noggrant monterade fotoniska kristaller med den så kallade vedstapelstrukturen, "säger ledande författaren Dr Tajiri (se fig. 1)." Våra kristaller består av staplade uppsättningar av stavar i två vinkelräta riktningar i en halvledarskiva som galliumarsenid. Kristallstrukturen är inspirerad av diamantädelstenar." Den avancerade metoden gör det bekvämt möjligt att göra tunna strukturer på bara några lager tjocka, mellan några hundra nanometer till ungefär en mikron.

För att undersöka deras nya kristaller, det japansk-nederländska teamet bestämde sig för att mäta reflektionsspektra. Därför, efter tillverkning i Japan, de skeppades till Twente för mikroskopiska mätningar. Spektran visade att de tunna diamantliknande fotoniska kristallerna fungerar anmärkningsvärt bra:alla kristaller visade både hög reflektivitet och breda toppar. Anmärkningsvärt, detta inträffade även för den tunnaste kristallen.

Det reflekterade ljuset är förbjudet att tränga in i kristaller över ett avsevärt våglängdsområde, även känd som ett förbjudet gap. I de japansk-nederländska kristallerna, situationen är ännu mer radikal, eftersom ljuset är förbjudet att färdas i alla riktningar samtidigt. Dr. Tajiri förklarar:"Den snabba bildandet av det förbjudna gapet i våra kristaller är anmärkningsvärt eftersom tidigare 3D-kristaller krävde en stor tjocklek för att ett gap skulle uppstå."

Möjliga tillämpningar

Prof. Iwamoto ledare för det japanska teamet säger:"Vår upptäckt att även tunna fotoniska kristaller är kraftfulla enheter betyder att vi kan spara avsevärd tillverkningstid och resurser." Och prof. Vos, ledare för det holländska laget, entusiasmerar:"Resultatet att även tunna strukturer är fullt funktionella är goda nyheter för applikationer inom solceller. Här, forskare letar efter tunna bredbandsreflektorer för att förbättra prestandan hos tunna solceller."

Tidningen har titeln "Reflectivity of Finite 3-D GaAs Photonic Band Gap Crystals" och har publicerats i Fysisk granskning B den 1 juni.