211service.com
Fotoniczny kryształ natury
Naukowcy odkryli gatunek brazylijskiego chrząszcza, który ma niezwykłą cechę odbijania opalizującej zieleni pod niemal każdym kątem. Badając strukturę łusek chrząszcza, naukowcy z University of Utah znaleźli idealną strukturę kryształu fotonicznego dla światła widzialnego – rodzaj materiału, którego optycy poszukiwali od lat.
Nieoszlifowane diamenty: Kilometrowy brazylijski chrząszcz Lamprocyphus augustus (u góry) ma łuski zawierające kryształy fotoniczne, które nadają owadowi wyjątkowy zielony połysk. Na dolnym zdjęciu poszczególne łuski chrząszcza odbijają opalizującą zieleń dzięki mikroskopijnym strukturom przypominającym diamenty.
Trójwymiarowe struktury okresowe zwane kryształami fotonicznymi są potencjalnie cennymi materiałami do kontrolowania fotonów; naukowcy mogliby wykorzystać kryształy fotoniczne działające na widzialnych długościach fal do opracowania wydajniejszych ogniw słonecznych, telekomunikacji, czujników, a nawet optycznych chipów komputerowych. W szczególności uważa się, że struktura oparta na diamentach jest najskuteczniejszym trójwymiarowym kryształem fotonicznym dla światła widzialnego, ponieważ może odbijać szerokie pasmo kolorów i ma wysoki współczynnik odbicia. Mniej uciekającego światła oznacza, że naukowcy mogą lepiej kontrolować fotony i manipulować nimi.
Kryształy fotoniczne, które kontrolują światło widzialne, stanowią wyzwanie dla naukowców w wytwarzaniu z odpowiednich materiałów, ze względu na to, jak mała musi być okresowość struktury, aby manipulować tak krótkimi długościami fal. Stworzono jedno- i dwuwymiarowe kryształy fotoniczne dla światła widzialnego, a także trójwymiarową strukturę diamentową dla dłuższych fal podczerwieni. Struktura diamentowa, która może odbijać światło widzialne pod wszystkimi kątami dla wszystkich polaryzacji, nie została jeszcze stworzona. Jednak badanie łusek tego chrząszcza może dostarczyć nowych informacji na temat budowy takiego trójwymiarowego kryształu fotonicznego dla światła widzialnego.
Michał Bartl , profesor Uniwersytetu Utah, doktorant Jeremy Galusha i ich koledzy zastosowali bardzo cienką technikę krojenia, aby odkryć i wymodelować łuski Lamprocyphus augustus . Wewnątrz każdej skali o średnicy około 100 mikrometrów i grubości od 15 do 20 mikrometrów znajduje się trójwymiarowa struktura fotoniczna. Struktura przypomina układ atomów węgla w diamencie i składa się z sieci krystalicznej o powtarzającej się strukturze okresowej jednostki wynoszącej około 300 nanometrów, mówi Bartl. W skali siatka diamentowa jest umieszczona w różnych orientacjach, co nadaje chrząszczowi zielony połysk pod niemal każdym kątem.
Kryształy fotoniczne o strukturze diamentu należą do najtrudniejszych do wyprodukowania, mówi profesor Georgia Tech Zhong Lin Wang . Używając biologii jako szablonu, artykuł ten pokazuje możliwość wytworzenia sztucznych diamentowych kryształów fotonicznych o dobrze zaprojektowanych parametrach optycznych, mówi.
Samych łusek chrząszcza nie można wykorzystać do żadnego praktycznego zastosowania, ponieważ materiał chitynowy jest zbyt delikatny i nieprzewodzący. Grupa jest w trakcie formowania łusek chrząszcza z półprzewodnika. Robimy duże postępy, mówi Bartl. Oprócz wykorzystania struktury chrząszcza jako formy, on i jego koledzy badają również, w jaki sposób chrząszcz wytwarza strukturę, w nadziei na naśladowanie procesu tworzenia sztucznych struktur fotonicznych ze sztucznego diamentu.
Aplikacje wykorzystujące kryształy fotoniczne były mniej lub bardziej ograniczone do widma bliskiej podczerwieni, mówi Ayman Abouraddy, naukowiec z MIT. Wiemy już [że struktura diamentu] będzie użyteczna; po prostu nie wiemy, jak zrobić to skutecznie. Zaskakujący jest fakt, że chrząszcz – z podejściem do syntezy chemicznej w dół i brudną – jest w stanie stworzyć całkiem czystą strukturę, taką jak ta.