Fotonisko kristālu ražošanas metodes. Fotoniskā kristāla matemātiskais modelis Kas ir fotoniskais kristāls

Iļja Poliščuks, fizisko un matemātikas zinātņu doktors, MIPT profesors, Nacionālā pētniecības centra "Kurčatovas institūts" vadošais pētnieks

Mikroelektronikas izmantošana informācijas apstrādes un sakaru sistēmās ir radikāli mainījusi pasauli. Nav šaubu, ka fotonisko kristālu un uz tiem balstīto ierīču fizikas pētnieciskā darba uzplaukuma sekas pēc nozīmes būs salīdzināmas ar integrētās mikroelektronikas izveidi pirms vairāk nekā pusgadsimta. Jauna tipa materiāli ļaus izveidot optiskās mikroshēmas pusvadītāju elektronikas elementu “attēlā un līdzībā”, savukārt pielietojumu atradīs principiāli jaunas informācijas pārraidīšanas, uzglabāšanas un apstrādes metodes, kas šodien izstrādātas uz fotoniskajiem kristāliem. pusvadītāju elektronikā nākotnē. Nav pārsteidzoši, ka šī pētniecības joma ir viena no karstākajām pasaules lielākajos pētniecības centros, augsto tehnoloģiju uzņēmumos un militāri rūpnieciskajos kompleksos. Krievija, protams, nav izņēmums. Turklāt fotoniskie kristāli ir efektīvas starptautiskās sadarbības priekšmets. Kā piemēru minēsim vairāk nekā desmit gadus ilgo sadarbību starp Krievijas Kintech Lab LLC un slaveno amerikāņu uzņēmumu General Electric.

Fotonisko kristālu vēsture

Vēsturiski fotonu izkliedes teorija uz trīsdimensiju režģiem sāka intensīvi attīstīties no viļņa garuma apgabala ~0,01-1 nm, kas atrodas rentgenstaru diapazonā, kur fotoniskā kristāla mezgli ir paši atomi. 1986. gadā Eli Yablonovich no Kalifornijas Universitātes Losandželosā ierosināja ideju izveidot trīsdimensiju dielektrisku struktūru, līdzīgu parastajiem kristāliem, kurā nevar izplatīties noteikta spektra joslas elektromagnētiskie viļņi. Šādas struktūras sauc par fotoniskā joslas spraugas struktūrām vai fotoniskajiem kristāliem. Piecus gadus vēlāk šāds fotoniskais kristāls tika izgatavots, urbjot milimetra izmēra caurumus materiālā ar augstu laušanas koeficientu. Šāds mākslīgais kristāls, kas vēlāk saņēma nosaukumu Yablonovite, nepārraidīja milimetru viļņu starojumu un faktiski realizēja fotonisku struktūru ar joslas spraugu (starp citu, fāzētus antenu blokus var iekļaut arī tajā pašā fizisko objektu klasē).

Fotoniskās struktūras, kurās elektromagnētisko (īpaši optisko) viļņu izplatīšanās noteiktā frekvenču joslā vienā, divos vai trijos virzienos, var izmantot, lai izveidotu optiskas integrētas ierīces šo viļņu kontrolei. Pašlaik fotonisko struktūru ideoloģija ir pamatā bezsliekšņa pusvadītāju lāzeru, lāzeru uz retzemju jonu bāzes, augsta Q rezonatoru, optisko viļņvadu, spektrālo filtru un polarizatoru izveidei. Šobrīd fotonisko kristālu pētījumi tiek veikti vairāk nekā divos desmitos valstu, tostarp Krievijā, un šajā jomā publicēto publikāciju skaits, kā arī simpoziju un zinātnisko konferenču un skolu skaits pieaug eksponenciāli.

Lai izprastu fotoniskā kristālā notiekošos procesus, to var salīdzināt ar pusvadītāju kristālu, bet fotonu izplatīšanos ar lādiņnesēju – elektronu un caurumu kustību. Piemēram, ideālā silīcijā atomi ir izkārtoti dimantiem līdzīgā kristāla struktūrā, un, saskaņā ar cietvielu joslu teoriju, uzlādēti nesēji, izplatoties pa visu kristālu, mijiedarbojas ar atomu kodolu periodiskā lauka potenciālu. Tas ir iemesls atļauto un aizliegto joslu veidošanai - kvantu mehānika aizliedz pastāvēt elektroniem ar enerģiju, kas atbilst enerģijas diapazonam, ko sauc par joslas spraugu. Līdzīgi kā parastie kristāli, fotoniskie kristāli satur ļoti simetrisku vienības šūnu struktūru. Turklāt, ja parasta kristāla struktūru nosaka atomu pozīcijas kristāla režģī, tad fotoniskā kristāla struktūru nosaka vides dielektriskās konstantes periodiska telpiskā modulācija (modulācijas skala ir salīdzināma ar viļņa garumu mijiedarbības starojums).

Fotoniskie vadītāji, izolatori, pusvadītāji un supravadītāji

Turpinot analoģiju, fotoniskos kristālus var iedalīt vadītājos, izolatoros, pusvadītājos un supravadītājos.

Fotoniskajiem vadītājiem ir plašas izšķirtspējas joslas. Tie ir caurspīdīgi ķermeņi, kuros gaisma iziet lielu attālumu, to neuzsūcot. Citai fotonisko kristālu klasei, fotoniskajiem izolatoriem, ir plašas joslu spraugas. Šo nosacījumu apmierina, piemēram, plaša diapazona daudzslāņu dielektriskie spoguļi. Atšķirībā no parastajiem necaurspīdīgajiem materiāliem, kuros gaisma ātri sadalās siltumā, fotoniskie izolatori neuzsūc gaismu. Kas attiecas uz fotoniskajiem pusvadītājiem, tiem ir šaurākas joslu spraugas nekā izolatoriem.

Fotonisko kristālu viļņvadi tiek izmantoti fotonisko tekstilizstrādājumu izgatavošanai (attēlā). Šādi tekstilizstrādājumi ir tikko parādījušies, un pat to pielietojuma joma vēl nav pilnībā izprasta. To var izmantot, lai izgatavotu, piemēram, interaktīvu apģērbu vai mīkstu displeju

Foto: emt-photoniccrystal.blogspot.com

Neskatoties uz to, ka fotonisko joslu un fotonisko kristālu ideja optikā ir nostiprinājusies tikai dažu pēdējo gadu laikā, fiziķiem jau sen ir zināmas struktūru īpašības ar slāņveida refrakcijas indeksa izmaiņām. Viens no pirmajiem praktiski nozīmīgajiem šādu konstrukciju pielietojumiem bija pārklājumu ar unikāliem optiskajiem raksturlielumiem ražošana, ko izmantoja, lai radītu ļoti efektīvus spektrālos filtrus un samazinātu nevēlamo atstarošanu no optiskajiem elementiem (šādu optiku sauc par pārklāto optiku) un dielektriskos spoguļus ar atstarošanas spēju tuvu 100%. Citi labi zināmi 1D fotonisko struktūru piemēri ir pusvadītāju lāzeri ar izkliedētu atgriezenisko saiti, kā arī optiskie viļņvadi ar periodisku fizikālo parametru (profila vai refrakcijas indeksa) garenisko modulāciju.

Kas attiecas uz parastajiem kristāliem, tad daba tos mums dāvā ļoti dāsni. Fotoniskie kristāli dabā ir ļoti reti sastopami. Tāpēc, ja vēlamies izmantot fotonisko kristālu unikālās īpašības, esam spiesti izstrādāt dažādas metodes to audzēšanai.

Kā audzēt fotonisko kristālu

Trīsdimensiju fotoniskā kristāla izveide redzamā viļņa garuma diapazonā pēdējo desmit gadu laikā ir palikusi viena no galvenajām prioritātēm materiālzinātnē, kurai lielākā daļa pētnieku ir koncentrējušies uz divām principiāli atšķirīgām pieejām. Vienā no tiem tiek izmantota sēklu veidņu metode - veidņu metode. Šī metode rada priekšnosacījumus sintezēto nanosistēmu pašorganizēšanai. Otrā metode ir nanolitogrāfija.

Starp pirmo metožu grupu visizplatītākās ir tās, kas izmanto monodispersas koloidālās sfēras kā veidnes cietvielu veidošanai ar periodisku poru sistēmu. Šīs metodes ļauj iegūt fotoniskus kristālus, kuru pamatā ir metāli, nemetāli, oksīdi, pusvadītāji, polimēri utt. Pirmajā posmā līdzīga izmēra koloidālās sfēras tiek vienmērīgi “iesaiņotas” trīsdimensiju (dažreiz divdimensiju) karkasu veidā, kas pēc tam darbojas kā veidnes, dabiskā opāla analogs. Otrajā posmā tukšumus veidnes struktūrā piesūcina ar šķidrumu, kas pēc tam dažādās fizikāli ķīmiskās ietekmēs pārvēršas par cietu rāmi. Citas metodes veidnes tukšumu aizpildīšanai ar vielu ir vai nu elektroķīmiskās metodes, vai CVD (ķīmisko tvaiku pārklāšanas) metode.

Pēdējā posmā veidni (koloidālās sfēras) noņem, izmantojot šķīdināšanas vai termiskās sadalīšanās procesus atkarībā no tā rakstura. Iegūtās struktūras bieži sauc par oriģinālo koloidālo kristālu reversajām kopijām vai "reversajiem opāliem".

Praktiskai lietošanai fotoniskā kristāla bezdefektu laukumi nedrīkst pārsniegt 1000 μm2. Tāpēc kvarca un polimēru sfērisko daļiņu sakārtošanas problēma ir viena no svarīgākajām, veidojot fotoniskos kristālus.

Otrajā metožu grupā viena fotona fotolitogrāfija un divu fotonu fotolitogrāfija ļauj izveidot trīsdimensiju fotoniskus kristālus ar izšķirtspēju 200 nm un izmantot dažu materiālu, piemēram, polimēru, īpašības, kas ir jutīgas pret vienu un divu fotonu apstarošanu un var mainīt to īpašības, pakļaujot šim starojumam. Elektronu staru litogrāfija ir dārga, bet ātra metode divdimensiju fotonisko kristālu izgatavošanai. Šajā metodē fotorezists, kas maina savas īpašības, pakļaujot to elektronu staram, tiek apstarots ar staru noteiktās vietās, veidojot telpisku masku. Pēc apstarošanas daļa fotorezista tiek nomazgāta, bet atlikušo daļu izmanto kā masku kodināšanai nākamajā tehnoloģiskajā ciklā. Šīs metodes maksimālā izšķirtspēja ir 10 nm. Jonu staru litogrāfija principā ir līdzīga, taču elektronu staru kūļa vietā tiek izmantots jonu stars. Jonu staru litogrāfijas priekšrocības salīdzinājumā ar elektronu staru litogrāfiju ir tādas, ka fotorezists ir jutīgāks pret jonu stariem nekā pret elektronu stariem, un nav "tuvuma efekta", kas ierobežo minimālo iespējamo laukuma izmēru elektronu staru litogrāfijā.

Pieminēsim arī dažas citas fotonisko kristālu audzēšanas metodes. Tie ietver fotonisko kristālu spontānas veidošanās metodes, kodināšanas metodes un hologrāfiskās metodes.

Fotoniskā nākotne

Prognožu veikšana ir tikpat bīstama, cik vilinoša. Tomēr prognozes par fotonisko kristālu ierīču nākotni ir ļoti optimistiskas. Fotonisko kristālu izmantošanas joma ir praktiski neizsmeļama. Šobrīd pasaules tirgū jau ir parādījušās (vai parādīsies tuvākajā nākotnē) ierīces vai materiāli, kas izmanto fotonisko kristālu unikālās īpašības. Tie ir lāzeri ar fotoniskajiem kristāliem (zema sliekšņa un bezsliekšņa lāzeri); viļņvadi, kuru pamatā ir fotoniskie kristāli (tie ir kompaktāki un tiem ir mazāki zudumi salīdzinājumā ar parastajām šķiedrām); materiāli ar negatīvu refrakcijas koeficientu, kas ļauj fokusēt gaismu punktā, kas ir mazāks par viļņa garumu; fiziķu sapnis ir superprizmas; optiskās atmiņas un loģiskās ierīces; displejus, kuru pamatā ir fotoniskie kristāli. Fotoniskie kristāli veiks arī krāsu manipulācijas. Jau ir izstrādāts saliekams lielformāta displejs uz fotoniskajiem kristāliem ar augstu spektra diapazonu - no infrasarkanā starojuma līdz ultravioletajam, kurā katrs pikselis ir fotoniskais kristāls - silīcija mikrosfēru masīvs, kas atrodas kosmosā stingri noteiktā veidā. Tiek radīti fotoniskie supravadītāji. Šādus supravadītājus var izmantot, lai izveidotu optiskus temperatūras sensorus, kas savukārt darbosies augstās frekvencēs un tiks kombinēti ar fotoniskajiem izolatoriem un pusvadītājiem.

Cilvēks vēl tikai plāno fotonisko kristālu tehnoloģisko izmantošanu, bet jūras pele (Aphrodite aculeata) tos izmanto praksē jau ilgu laiku. Šī tārpa kažokādai ir tik izteikta zaigojoša parādība, ka tas spēj selektīvi atstarot gaismu ar efektivitāti tuvu 100% visā redzamajā spektra apgabalā - no sarkanas līdz zaļai un zilai. Šāds specializēts “borta” optiskais dators palīdz šim tārpam izdzīvot līdz pat 500 m dziļumā.Var droši teikt, ka cilvēka inteliģence tiks daudz tālāk, izmantojot fotonisko kristālu unikālās īpašības.

Fotonisko kristālu neparastajām īpašībām ir veltīts milzīgs skaits darbu un nesen arī monogrāfijas. Atgādināsim, ka fotoniskie kristāli ir tie mākslīgie mediji, kuros periodisku dielektrisko parametru (ar to domāts laušanas koeficienta) izmaiņu dēļ elektromagnētisko viļņu (gaismas) izplatīšanās īpašības kļūst līdzīgas reālos kristālos izplatošo elektronu īpašībām. Attiecīgi termins “fotoniskais kristāls” uzsver fotonu un elektronu līdzību. Fotonu īpašību kvantēšana noved pie tā, ka elektromagnētiskā viļņa spektrā, kas izplatās fotoniskā kristālā, var parādīties aizliegtas joslas, kurās fotonu stāvokļu blīvums ir nulle.

Trīsdimensiju fotoniskais kristāls ar absolūto joslas spraugu vispirms tika realizēts elektromagnētiskajiem viļņiem mikroviļņu diapazonā. Absolūtās joslas spraugas esamība nozīmē, ka elektromagnētiskie viļņi noteiktā frekvenču joslā nevar izplatīties noteiktā kristālā nevienā virzienā, jo fotonu stāvokļa blīvums, kuru enerģija atbilst šai frekvenču joslai, jebkurā kristāla punktā ir nulle. Tāpat kā īsti kristāli, fotoniskie kristāli var būt vadītāji, pusvadītāji, izolatori un supravadītāji to joslas spraugas klātbūtnes un īpašību ziņā. Ja fotoniskā kristāla joslas spraugā ir “defekti”, tad fotonu var “uztvert” “defekts”, līdzīgi kā elektronu vai caurumu uztver attiecīgs piemaisījums, kas atrodas pusvadītāja joslas spraugā. .

Šādus izplatīšanās viļņus ar enerģiju, kas atrodas joslas spraugas iekšpusē, sauc par defektu režīmiem.

fotonisko kristālu metamateriālu refrakcija

Kā jau minēts, neparastas fotoniskā kristāla īpašības tiek novērotas, ja kristāla elementārās šūnas izmēri ir vienādi ar tajā izplatošā viļņa garumu. Ir skaidrs, ka ideālus fotoniskus kristālus redzamās gaismas diapazonā var ražot tikai, izmantojot submikronu tehnoloģijas. Mūsdienu zinātnes un tehnoloģiju līmenis ļauj izveidot šādus trīsdimensiju kristālus.

Fotonisko kristālu pielietojumi ir diezgan daudz - optiskie izolatori, optiskie vārti, slēdži, multipleksori utt. Viena no ārkārtīgi svarīgām struktūrām no praktiskā viedokļa ir fotoniskā kristāla optiskās šķiedras. Vispirms tie tika izgatavoti no stikla kapilāru komplekta, kas savākti blīvā iepakojumā, kas pēc tam tika pakļauts parastajam pārsegam. Rezultāts bija optiskā šķiedra, kurā bija regulāri izvietoti caurumi ar raksturīgo izmēru aptuveni 1 mikronu. Pēc tam tika iegūti dažādu konfigurāciju un dažādu īpašību optiskie fotonisko kristālu gaismas vadītāji (9. att.).

Krievijas Zinātņu akadēmijas Radiotehnikas un elektronikas institūtā un Šķiedru optikas zinātniskajā centrā ir izstrādāta jauna urbšanas metode fotonisko kristālu gaismas vadu izveidošanai. Vispirms biezā kvarca sagatavē tika izurbti mehāniski caurumi ar jebkuru matricu, un pēc tam sagatave tika uzzīmēta. Rezultāts bija augstas kvalitātes fotoniskā kristāla šķiedra. Šādos gaismas vadotnēs ir viegli izveidot dažādu formu un izmēru defektus, lai tajos vienlaicīgi varētu ierosināt vairākus gaismas režīmus, kuru frekvences atrodas fotoniskā kristāla joslas spraugā. Jo īpaši defekti var izpausties kā dobs kanāls, lai gaisma izplatītos nevis kvarcā, bet gan pa gaisu, kas var ievērojami samazināt zudumus garās fotonisko kristālu gaismas vadotņu daļās. Redzamā un infrasarkanā starojuma izplatīšanos fotonisko kristālu gaismas vadotnēs pavada dažādas fizikālas parādības: Ramana izkliede, harmoniku sajaukšanās, harmoniku ģenerēšana, kas galu galā noved pie superkontinuuma ģenerēšanas.

Ne mazāk interesanti no fizikālo efektu un iespējamo pielietojumu izpētes viedokļa ir vienas un divdimensiju fotoniskie kristāli. Stingri sakot, šīs struktūras nav fotoniski kristāli, taču tās var uzskatīt par tādām, kad elektromagnētiskie viļņi izplatās noteiktos virzienos. Tipisks viendimensijas fotoniskais kristāls ir daudzslāņu periodiska struktūra, kas sastāv no vismaz divu vielu slāņiem ar ļoti atšķirīgiem refrakcijas rādītājiem. Ja elektromagnētiskais vilnis izplatās gar normālu, šādā struktūrā parādās joslas sprauga noteiktām frekvencēm. Ja viens no struktūras slāņiem tiek aizstāts ar vielu ar atšķirīgu refrakcijas koeficientu nekā citiem vai tiek mainīts viena slāņa biezums, tad šāds slānis būs defekts, kas spēj uztvert vilni, kuras frekvence ir joslas spraugā. .

Magnētiskā defekta slāņa klātbūtne dielektriskā nemagnētiskā struktūrā izraisa daudzkārtēju viļņa Faradeja rotācijas palielināšanos, kad tas izplatās šādā struktūrā, un palielina vides optisko caurspīdīgumu.

Vispārīgi runājot, magnētisko slāņu klātbūtne fotoniskajos kristālos var būtiski mainīt to īpašības, galvenokārt mikroviļņu diapazonā. Fakts ir tāds, ka mikroviļņu diapazonā feromagnētu magnētiskā caurlaidība noteiktā frekvenču joslā ir negatīva, kas atvieglo to izmantošanu metamateriālu izveidē. Savienojot šādas vielas ar metāliskiem nemagnētiskiem slāņiem vai konstrukcijām, kas sastāv no atsevišķiem vadītājiem vai periodiskām vadītāju struktūrām, ir iespējams izveidot struktūras ar negatīvām magnētisko un dielektrisko konstantu vērtībām. Kā piemēru var minēt Krievijas Zinātņu akadēmijas Radiotehnikas un elektronikas institūtā izveidotās struktūras, kas paredzētas magnetostatisko spin viļņu “negatīvās” atstarošanas un refrakciju noteikšanai. Šī struktūra ir itrija dzelzs granāta plēve ar metāla vadītājiem uz tās virsmas. Magnetostatisko spin viļņu īpašības, kas izplatās plānās feromagnētiskās plēvēs, ir ļoti atkarīgas no ārējā magnētiskā lauka. Vispārīgā gadījumā viens no šādu viļņu veidiem ir atpakaļgaitas vilnis, tāpēc viļņu vektora un rādīšanas vektora skalārais reizinājums šāda veida viļņiem ir negatīvs.

Atpakaļējo viļņu esamība fotoniskajos kristālos ir saistīta arī ar paša kristāla īpašību periodiskumu. Jo īpaši viļņiem, kuru viļņu vektori atrodas pirmajā Brillouin zonā, izplatīšanās nosacījumu var izpildīt tāpat kā tiešajiem viļņiem, un tiem pašiem viļņiem otrajā Brillouin zonā - kā atpakaļgaitā. Tāpat kā metamateriāliem, fotoniskajiem kristāliem var būt arī neparastas īpašības izplatīšanās viļņos, piemēram, “negatīva” refrakcija.

Tomēr fotoniskie kristāli var būt metamateriāls, kuram “negatīvās” refrakcijas parādība ir iespējama ne tikai mikroviļņu diapazonā, bet arī optisko frekvenču diapazonā. Eksperimenti apstiprina "negatīvas" refrakcijas esamību fotoniskajos kristālos viļņiem, kuru frekvences ir augstākas par pirmās joslas spraugas frekvenci netālu no Brillouin zonas centra. Tas ir saistīts ar negatīvā grupas ātruma ietekmi un līdz ar to viļņa negatīvo refrakcijas indeksu. Faktiski šajā frekvenču diapazonā viļņi kļūst apgriezti.

Fotoniskie kristāli (PC) ir struktūras, ko raksturo periodiskas dielektriskās konstantes izmaiņas telpā. Personālo datoru optiskās īpašības ļoti atšķiras no nepārtrauktu datu nesēju optiskajām īpašībām. Starojuma izplatīšanās fotoniskā kristāla iekšienē vides periodiskuma dēļ kļūst līdzīga elektrona kustībai parasta kristāla iekšienē periodiska potenciāla ietekmē. Rezultātā elektromagnētiskajiem viļņiem fotoniskajos kristālos ir joslu spektrs un atkarība no koordinātām, kas ir līdzīgas Bloha elektronu viļņiem parastajos kristālos. Noteiktos apstākļos personālo datoru joslu struktūrā veidojas spraugas, līdzīgi kā aizliegtās elektroniskās joslas dabiskajos kristālos. Atkarībā no konkrētajām īpašībām (elementu materiāla, to lieluma un režģa perioda) gan pilnībā aizliegtas frekvenču zonas, kurām starojuma izplatīšanās nav iespējama neatkarīgi no tā polarizācijas un virziena, gan daļēji aizliegtas (stop zonas), kurā izplatība ir iespējams tikai izvēlētajos virzienos.

Fotoniskie kristāli ir interesanti gan no fundamentālā viedokļa, gan daudziem lietojumiem. Pamatojoties uz fotoniskajiem kristāliem, tiek izveidoti un izstrādāti optiskie filtri, viļņvadi (jo īpaši optiskās šķiedras sakaru līnijās) un ierīces, kas ļauj kontrolēt termisko starojumu; ir ierosināti lāzeru modeļi ar samazinātu sūkņa slieksni, pamatojoties uz fotoniskajiem kristāliem.

Papildus atstarošanas, pārraides un absorbcijas spektru maiņai metālu dielektriskiem fotoniskajiem kristāliem ir īpašs fotonisko stāvokļu blīvums. Izmainītais stāvokļu blīvums var būtiski ietekmēt fotoniskā kristāla iekšpusē ievietota atoma vai molekulas ierosinātā stāvokļa kalpošanas laiku un līdz ar to mainīt luminiscences raksturu. Piemēram, ja indikatora molekulā, kas atrodas fotoniskajā kristālā, pārejas frekvence iekrīt joslas spraugā, tad luminiscence šajā frekvencē tiks nomākta.

FC ir sadalīti trīs veidos: viendimensijas, divdimensiju un trīsdimensiju.

Vienas, divu un trīsdimensiju fotoniskie kristāli. Dažādas krāsas atbilst materiāliem ar dažādām dielektriskajām konstantēm.

FC ar mainīgiem slāņiem, kas izgatavoti no dažādiem materiāliem, ir viendimensijas.

Viendimensijas datora elektronu attēls, ko izmanto lāzerā kā Bragg daudzslāņu spoguli.

Divdimensiju personālajiem datoriem var būt daudzveidīgāka ģeometrija. Tie, piemēram, ietver bezgalīga garuma cilindru blokus (to šķērseniskais izmērs ir daudz mazāks par garenisko) vai periodiskas cilindrisku caurumu sistēmas.

Divdimensiju priekšējo un apgriezto fotonisko kristālu elektroniskie attēli ar trīsstūrveida režģi.

Trīsdimensiju datoru struktūras ir ļoti dažādas. Visizplatītākie šajā kategorijā ir mākslīgie opāli - sakārtotas sfērisku difuzoru sistēmas. Ir divi galvenie opālu veidi: tiešie un apgrieztie opāli. Pāreja no tiešā opāla uz reverso opālu tiek veikta, aizstājot visus sfēriskos elementus ar dobumiem (parasti gaisu), savukārt atstarpi starp šiem dobumiem piepilda ar kādu materiālu.

Zemāk ir PC virsma, kas ir taisns opāls ar kubisku režģi, kura pamatā ir pašorganizētas sfēriskas polistirola mikrodaļiņas.

Datora iekšējā virsma ar kubisku režģi, kuras pamatā ir pašorganizētas sfēriskas polistirola mikrodaļiņas.

Šāda struktūra ir apgriezts opāls, kas sintezēts daudzpakāpju ķīmiskā procesa rezultātā: polimēra sfērisku daļiņu pašsalikšana, iegūtā materiāla tukšumu impregnēšana ar vielu un polimēra matricas noņemšana ar ķīmisku kodināšanu.

Kvarca apgrieztā opāla virsma. Fotogrāfija iegūta, izmantojot skenējošo elektronu mikroskopiju.

Cits trīsdimensiju datoru veids ir baļķu tipa struktūras, ko veido taisnstūrveida paralēlskaldņi, kas sakrustoti parasti taisnā leņķī.

Elektroniska FC fotogrāfija, kas izgatavota no metāla paralēlskaldņiem.

Ražošanas metodes

FC izmantošanu praksē ievērojami ierobežo universālu un vienkāršu metožu trūkums to ražošanai. Mūsdienās ir ieviestas vairākas pieejas FC izveidē. Tālāk ir aprakstītas divas galvenās pieejas.

Pirmā no tām ir tā sauktā pašorganizēšanās jeb pašsavienošanās metode. Fotoniskā kristāla pašsamontēšanā tiek izmantotas koloidālās daļiņas (visizplatītākās ir monodispersās silīcija vai polistirola daļiņas), kas atrodas šķidrumā un, šķidrumam iztvaikojot, nosēžas tilpumā. Kad tie “nogulsnējas” viens uz otra, tie veido trīsdimensiju datoru un atkarībā no apstākļiem tiek sakārtoti kubiskā vai sešstūra kristāla režģī, kura centrā ir seja. Šī metode ir diezgan lēna, FC veidošanās var ilgt vairākas nedēļas. Tās trūkumi ietver arī slikti kontrolēto defektu procentuālo daudzumu, kas parādās nogulsnēšanas procesā.

Viena no pašmontāžas metodes šķirnēm ir tā sauktā šūnveida metode. Šī metode ietver daļiņas saturoša šķidruma filtrēšanu caur mazām porām un ļauj veidot datorus ar ātrumu, ko nosaka šķidruma plūsmas ātrums caur šīm porām. Salīdzinot ar parasto nogulsnēšanas metodi, šī metode ir daudz ātrāka, tomēr defektu procents, to lietojot, ir lielāks.

Aprakstīto metožu priekšrocības ietver to, ka tās ļauj veidot liela izmēra PC paraugus (laukumā līdz pat vairākiem kvadrātcentimetriem).

Otra populārākā datoru ražošanas metode ir kodināšanas metode. 2D datoru izgatavošanai parasti tiek izmantotas dažādas kodināšanas metodes. Šo metožu pamatā ir fotorezista maskas (kas nosaka, piemēram, pusložu masīvu) izmantošanu, kas izveidota uz dielektriķa vai metāla virsmas un nosaka kodināšanas laukuma ģeometriju. Šo masku var izgatavot, izmantojot standarta fotolitogrāfijas metodi, kam tieši seko parauga virsmas ķīmiska kodināšana ar fotorezistu. Šajā gadījumā attiecīgi vietās, kur atrodas fotorezists, notiek fotorezista virsmas kodināšana, bet zonās bez fotorezista - dielektriķa vai metāla kodināšana. Process turpinās, līdz tiek sasniegts vēlamais kodināšanas dziļums, pēc tam fotorezists tiek nomazgāts.

Šīs metodes trūkums ir fotolitogrāfijas procesa izmantošana, kuras labāko telpisko izšķirtspēju nosaka Reilija kritērijs. Tāpēc šī metode ir piemērota, lai izveidotu datorus ar joslas atstarpi, kas parasti atrodas spektra tuvajā infrasarkanajā reģionā. Visbiežāk, lai sasniegtu nepieciešamo izšķirtspēju, tiek izmantota fotolitogrāfijas un elektronu staru litogrāfijas kombinācija. Šī metode ir dārga, bet ļoti precīza metode gandrīz divdimensiju personālo datoru ražošanai. Šajā metodē fotorezists, kas maina savas īpašības, pakļaujoties elektronu staram, tiek apstarots noteiktās vietās, veidojot telpisku masku. Pēc apstarošanas daļa fotorezista tiek nomazgāta, bet atlikušo daļu izmanto kā masku kodināšanai nākamajā tehnoloģiskajā ciklā. Šīs metodes maksimālā izšķirtspēja ir aptuveni 10 nm.

Paralēles starp elektrodinamiku un kvantu mehāniku

Jebkuru Maksvela vienādojumu risinājumu lineāras vides gadījumā, ja nav brīvu lādiņu un strāvas avotu, var attēlot kā laika harmonisku funkciju superpozīciju ar sarežģītām amplitūdām atkarībā no frekvences: , kur ir vai nu , vai .

Tā kā lauki ir reāli, tad , un to var uzrakstīt kā funkciju superpozīcijas harmonisku laikā ar pozitīvu frekvenci: ,

Harmonisko funkciju apsvēršana ļauj pāriet uz Maksvela vienādojumu frekvences formu, kas nesatur laika atvasinājumus: ,

kur šajos vienādojumos iesaistīto lauku atkarība no laika ir attēlota kā , . Mēs pieņemam, ka mediji ir izotropi un magnētiskā caurlaidība ir .

Precīzi izsakot lauku, paņemot rotoru no abām vienādojumu pusēm un aizstājot otro vienādojumu ar pirmo, mēs iegūstam:

kur ir gaismas ātrums vakuumā.

Citiem vārdiem sakot, mums ir īpašvērtības problēma:

operatoram

kur atkarību nosaka aplūkojamā struktūra.

Iegūtā operatora īpašfunkcijām (režīmiem) ir jāizpilda nosacījums

Atrodas kā

Šajā gadījumā nosacījums tiek izpildīts automātiski, jo rotora novirze vienmēr ir nulle.

Operators ir lineārs, kas nozīmē, ka jebkura lineāra īpašvērtību problēmas risinājumu kombinācija ar tādu pašu frekvenci arī būs risinājums. Var parādīt, ka šajā gadījumā operators ir hermīts, t.i., jebkurai vektora funkcijai

kur skalārais reizinājums ir definēts kā

Tā kā operators ir hermīts, no tā izriet, ka tā īpašvērtības ir reālas. Var arī parādīt, ka pie 0" align="absmiddle"> īpašvērtības nav negatīvas, un tāpēc frekvences ir reālas.

Dažādām frekvencēm atbilstošo īpašfunkciju skalārais reizinājums vienmēr ir vienāds ar nulli. Vienādu frekvenču gadījumā tas ne vienmēr tā ir, taču jūs vienmēr varat strādāt tikai ar tādu īpašfunkciju lineārām kombinācijām, kas ir ortogonālas viena otrai. Turklāt vienmēr ir iespējams izveidot bāzi no Hermita operatora īpašfunkcijām, kas ir ortogonālas viena otrai.

Ja, gluži pretēji, mēs izsakām lauku izteiksmē , mēs iegūstam vispārinātu īpašvērtību problēmu:

kurā operatori jau atrodas abās vienādojuma pusēs (un pēc dalīšanas ar operatoru vienādojuma kreisajā pusē tas kļūst neermitisks). Dažos gadījumos šis formulējums ir ērtāks.

Ņemiet vērā, ka, aizstājot vienādojumā īpašvērtības, jaunais risinājums atbildīs frekvencei . Šo faktu sauc par mērogojamību, un tam ir liela praktiska nozīme. Fotonisko kristālu ražošana ar raksturīgiem izmēriem mikronu secībā ir tehniski sarežģīta. Taču testēšanas nolūkos ir iespējams izgatavot fotoniskā kristāla modeli ar periodu un elementa izmēru centimetru kārtībā, kas darbotos centimetru režīmā (šajā gadījumā ir jāizmanto materiāli, kas ir aptuveni tāda pati dielektriskā konstante kā imitētajiem materiāliem centimetru frekvenču diapazonā).

Izdarīsim analoģiju starp iepriekš aprakstīto teoriju un kvantu mehāniku. Kvantu mehānikā mēs uzskatām skalāro viļņu funkciju, kas ņem sarežģītas vērtības. Elektrodinamikā tas ir vektors, un kompleksā atkarība tiek ieviesta tikai ērtības labad. Jo īpaši šī fakta sekas ir tādas, ka fotonu kristāla fotonu joslu struktūras būs atšķirīgas viļņiem ar dažādu polarizāciju, atšķirībā no elektronu joslu struktūrām.

Gan kvantu mehānikā, gan elektrodinamikā tiek atrisināta Hermita operatora īpašvērtību problēma. Kvantu mehānikā Hermita operatori atbilst novērojamiem lielumiem.

Un visbeidzot, kvantu mehānikā, ja operators ir attēlots kā summa, īpašvērtības vienādojuma atrisinājumu var uzrakstīt kā , tas ir, problēma sadalās trīs viendimensionālās. Elektrodinamikā tas nav iespējams, jo operators “savieno” visas trīs koordinātas, pat ja tās ir atdalītas. Šī iemesla dēļ elektrodinamikā analītiskie risinājumi ir pieejami tikai ļoti ierobežotam problēmu skaitam. Konkrēti, precīzi analītiski risinājumi personālo datoru joslu spektram tiek atrasti galvenokārt viendimensijas personālajiem datoriem. Tāpēc skaitliskajai modelēšanai ir svarīga loma fotonisko kristālu īpašību aprēķināšanā.

Zonas struktūra

Fotonisko kristālu raksturo funkcijas periodiskums:

Patvaļīgs tulkošanas vektors, kas attēlojams kā

kur ir primitīvie tulkošanas vektori un ir veseli skaitļi.

Saskaņā ar Bloha teorēmu operatora īpašfunkcijas var izvēlēties tā, lai tām būtu plakana viļņa forma, kas reizināta ar funkciju ar tādu pašu periodiskumu kā FC:

kur ir periodiska funkcija. Šajā gadījumā vērtības var atlasīt tā, lai tās piederētu pirmajai Brillouin zonai.

Aizvietojot šo izteiksmi formulētajā īpašvērtību uzdevumā, iegūstam īpašvērtību vienādojumu

Īpašajām funkcijām jābūt periodiskām un jāatbilst nosacījumam.

Var parādīt, ka katra vektora vērtība atbilst bezgalīgai režīmu kopai ar diskrētu frekvenču kopu, kuru numurēsim augošā secībā ar indeksu . Tā kā operators nepārtraukti ir atkarīgs no , nepārtraukti ir atkarīga arī frekvence ar fiksētu indeksu. Nepārtraukto funkciju kopums veido datora joslas struktūru. Datora joslas struktūras izpēte ļauj iegūt informāciju par tā optiskajām īpašībām. Jebkuras papildu simetrijas klātbūtne FC ļauj mums aprobežoties ar noteiktu Brillouin zonas apakšreģionu, ko sauc par nereducējamu. Risinājumi, kas pieder šai nereducējamai zonai, reproducē risinājumus visai Brillouin zonai.

Pa kreisi: divdimensiju fotoniskais kristāls, kas sastāv no cilindriem, kas iepakoti kvadrātveida režģī. Pa labi: pirmā Brillouin zona, kas atbilst kvadrātveida režģim. Zilais trīsstūris atbilst nereducējamajai Brillouin zonai. G, M Un X- augstas simetrijas punkti kvadrātveida režģim.

Frekvenču intervālus, kuriem neviens režīms neatbilst nevienai faktiskajai viļņu vektora vērtībai, sauc par joslu spraugām. Šādu zonu platums palielinās, palielinoties fotoniskā kristāla dielektriskās konstantes kontrastam (fotoniskā kristāla elementu dielektrisko konstantu attiecībai). Ja šāda fotoniskā kristāla iekšpusē tiek ģenerēts starojums ar frekvenci, kas atrodas joslas spraugā, tas nevar tajā izplatīties (tas atbilst viļņu vektora kompleksajai vērtībai). Šāda viļņa amplitūda eksponenciāli samazināsies kristāla iekšpusē (izgaistošais vilnis). Tas ir pamats vienai no fotoniskā kristāla īpašībām: spējai kontrolēt spontānu emisiju (jo īpaši tās nomākšanu). Ja šāds starojums krīt uz fotoniskā kristāla no ārpuses, tad tas pilnībā atstarojas no fotoniskā kristāla. Šis efekts ir pamats fotonisko kristālu izmantošanai atstarojošiem filtriem, kā arī rezonatoriem un viļņvadiem ar ļoti atstarojošām sienām.

Parasti zemfrekvences režīmi ir koncentrēti galvenokārt slāņos ar augstu dielektrisko konstanti, savukārt augstfrekvences režīmi galvenokārt ir koncentrēti slāņos ar zemāku dielektrisko konstanti. Tāpēc pirmo zonu bieži sauc par dielektrisku, bet nākamo pēc tās - gaisu.

Viendimensijas datora joslas struktūra, kas atbilst viļņu izplatībai perpendikulāri slāņiem. Visos trīs gadījumos katra slāņa biezums ir 0,5 a, Kur a- FC periods. Pa kreisi: katram slānim ir vienāda dielektriskā konstante ε = 13. Centrs: mainīgo slāņu dielektriskajai konstantei ir vērtības ε = 12 un ε = 13. Pa labi: ε = 1 un ε = 13.

Personālajam datoram, kura izmērs ir mazāks par trim, nav pilnīgas joslu spraugas visos virzienos, kas ir viena vai divu virzienu klātbūtne, pa kuriem dators ir viendabīgs. Intuitīvi to var izskaidrot ar to, ka šajos virzienos vilnis nepiedzīvo vairākus atstarojumus, kas nepieciešami joslu spraugu veidošanai.

Neskatoties uz to, ir iespējams izveidot viendimensijas datorus, kas jebkurā leņķī atspoguļo viļņus, kas krīt uz datoru.

Viendimensijas datora joslas struktūra ar punktu a, kurā mainīgo slāņu biezums ir 0,2 a un 0.8 a, un to dielektriskās konstantes ir ε = 13 un ε = 1 attiecīgi. Attēla kreisā daļa atbilst viļņu izplatīšanās virzienam perpendikulāri slāņiem (0, 0, k z), bet labais - virzienā gar slāņiem (0, k y, 0). Aizliegtā zona pastāv tikai virzienā, kas ir perpendikulārs slāņiem. Ņemiet vērā, kad k y > 0, deģenerācija tiek noņemta divām dažādām polarizācijām.

Zemāk ir redzama datora joslas struktūra ar opāla ģeometriju. Var redzēt, ka šim personālajam datoram ir pilna joslas sprauga aptuveni 1,5 μm viļņa garumā un viena pieturas josla ar atstarošanas maksimumu pie viļņa garuma 2,5 μm. Mainot silīcija matricas kodināšanas laiku vienā no apgrieztā opāla ražošanas posmiem un tādējādi mainot sfēru diametru, ir iespējams panākt joslas spraugas lokalizāciju noteiktā viļņa garuma diapazonā. Autori atzīmē, ka telekomunikāciju tehnoloģijās var izmantot struktūru ar līdzīgām īpašībām. Joslas frekvences starojumu var lokalizēt datora sējumā, un, ja tiek nodrošināts nepieciešamais kanāls, tas var izplatīties praktiski bez zaudējumiem. Šādu kanālu var izveidot, piemēram, pa noteiktu līniju noņemot fotoniskā kristāla elementus. Kad kanāls ir saliekts, elektromagnētiskais vilnis mainīs arī kustības virzienu, atkārtojot kanāla formu. Tādējādi šāds dators ir paredzēts kā pārraides vienība starp izstarojošo ierīci un optisko mikroshēmu, kas apstrādā signālu.

Eksperimentāli izmērītā atstarošanas spektra GL virzienā un ar plaknes viļņu izplešanās metodi aprēķinātās joslas struktūras salīdzinājums apgrieztā silīcija (Si) opālam ar seju centrētu kubisko režģi (ielaidumā parādīta pirmā Brillouina zona). Silīcija tilpuma daļa 22%. Režģa periods 1,23 µm

Viendimensijas personālo datoru gadījumā pat mazākais dielektriskās konstantes kontrasts ir pietiekams, lai izveidotu joslas spraugu. Šķiet, ka trīsdimensiju dielektriskiem personālajiem datoriem var izdarīt līdzīgu secinājumu: pieņemt pilnīgas joslas spraugas esamību neatkarīgi no tā, cik mazs ir dielektriskās konstantes kontrasts, ja uz Briljuina zonas robežas vektors. ir identiski moduļi visos virzienos (kas atbilst sfēriskai Brillouin zonai). Tomēr trīsdimensiju kristāli ar sfērisku Brillouin zonu dabā nepastāv. Parasti tam ir diezgan sarežģīta daudzstūra forma. Tādējādi izrādās, ka joslu spraugas dažādos virzienos pastāv dažādās frekvencēs. Tikai tad, ja dielektriskais kontrasts ir pietiekami liels, var apturēt joslas dažādos virzienos, kas pārklājas un veido pilnīgu joslu spraugu visos virzienos. Vistuvāk sfēriskajai (un līdz ar to visneatkarīgākā no Bloha vektora virziena) ir pirmā uz seju centrēta kubiskā (FCC) un dimanta režģu Brillouina zona, padarot trīsdimensiju personālos datorus ar šādu struktūru vispiemērotākajiem kopsummas veidošanai. joslas sprauga spektrā. Tajā pašā laikā, lai šādu datoru spektros parādītos pilnīgas joslu spraugas, ir nepieciešams liels dielektriskās konstantes kontrasts. Ja relatīvo spraugas platumu apzīmējam kā , tad, lai sasniegtu 5\%" align="absmiddle"> vērtības, ir nepieciešams attiecīgi dimanta un fcc režģiem kontrasts. Lai izmantotu joslu spraugas fotonisko kristālu spektros dažādos lietojumos, ir nepieciešams, lai joslas sprauga būtu pietiekami plaša, paturot prātā, ka visi eksperimentos iegūtie datori ir nepilnīgi, un konstrukcijas defekti var ievērojami samazināt joslas atstarpi.

Pirmā kubiskā seju centrēta režģa Briljuina zona un augstas simetrijas punkti.

Noslēgumā vēlreiz atzīmēsim personālo datoru optisko īpašību līdzību ar elektronu īpašībām kvantu mehānikā, ņemot vērā cietās vielas joslas struktūru. Tomēr pastāv būtiska atšķirība starp fotoniem un elektroniem: elektroniem ir spēcīga savstarpēja mijiedarbība. Tāpēc "elektroniskajām" problēmām, kā likums, ir jāņem vērā daudzelektronu efekti, kas ievērojami palielina problēmas dimensiju, kas bieži vien liek izmantot nepietiekami precīzus tuvinājumus, kamēr datorā, kas sastāv no elementiem ar niecīgu nelineāru optisko reakciju , šīs grūtības nav.

Daudzsološs virziens mūsdienu optikā ir starojuma kontrole, izmantojot fotoniskos kristālus. Jo īpaši Sandia Labs ir pētījis baļķu pāļu fotoniskos kristālus, lai panāktu augstu emisijas selektivitāti metālisko fotonisko kristālu tuvajā infrasarkanajā reģionā, vienlaikus spēcīgi nomācot emisiju vidējā infrasarkanajā reģionā (<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.

Saskaņā ar Kirhhofa likumu par starojumu termiskā līdzsvarā pelēkā ķermeņa (vai virsmas) izstarojuma spēja ir proporcionāla tā absorbcijai. Tāpēc, lai iegūtu informāciju par metāla datoru emisijas spēju, var pētīt to absorbcijas spektrus. Lai sasniegtu augstu izstarojošas struktūras selektivitāti redzamajā diapazonā (nm), kas satur PC, ir jāizvēlas apstākļi, kādos absorbcija redzamajā diapazonā ir augsta un IR ir nomākta.

Savos darbos http mēs detalizēti analizējām fotoniskā kristāla ar volframa elementiem un ar opāla ģeometriju absorbcijas spektra izmaiņas, kad mainās visi tā ģeometriskie parametri: režģa periods, volframa elementu izmērs, slāņu skaits fotoniskā kristāla paraugs. Tika veikta arī fotoniskā kristāla ražošanas laikā radušos defektu ietekmes uz absorbcijas spektru analīze.

2014 G.

Fotoniskie kristāli

Fotoniskie kristāli (PC) ir struktūras, ko raksturo periodiskas dielektriskās konstantes izmaiņas telpā. Personālo datoru optiskās īpašības ļoti atšķiras no nepārtrauktu datu nesēju optiskajām īpašībām. Starojuma izplatīšanās fotoniskā kristāla iekšienē vides periodiskuma dēļ kļūst līdzīga elektrona kustībai parasta kristāla iekšienē periodiska potenciāla ietekmē. Rezultātā elektromagnētiskajiem viļņiem fotoniskajos kristālos ir joslu spektrs un atkarība no koordinātām, kas ir līdzīgas Bloha elektronu viļņiem parastajos kristālos. Noteiktos apstākļos personālo datoru joslu struktūrā veidojas spraugas, līdzīgi kā aizliegtās elektroniskās joslas dabiskajos kristālos. Atkarībā no konkrētajām īpašībām (elementu materiāla, to lieluma un režģa perioda) gan pilnībā aizliegtas frekvenču zonas, kurām starojuma izplatīšanās nav iespējama neatkarīgi no tā polarizācijas un virziena, gan daļēji aizliegtas (stop zonas), kurā izplatība ir iespējams tikai izvēlētajos virzienos.

Fotoniskie kristāli ir interesanti gan no fundamentālā viedokļa, gan daudziem lietojumiem. Pamatojoties uz fotoniskajiem kristāliem, tiek izveidoti un izstrādāti optiskie filtri, viļņvadi (jo īpaši optiskās šķiedras sakaru līnijās) un ierīces, kas ļauj kontrolēt termisko starojumu; ir ierosināti lāzeru modeļi ar samazinātu sūkņa slieksni, pamatojoties uz fotoniskajiem kristāliem.

Papildus atstarošanas, pārraides un absorbcijas spektru maiņai metālu dielektriskiem fotoniskajiem kristāliem ir īpašs fotonisko stāvokļu blīvums. Izmainītais stāvokļu blīvums var būtiski ietekmēt fotoniskā kristāla iekšpusē ievietota atoma vai molekulas ierosinātā stāvokļa kalpošanas laiku un līdz ar to mainīt luminiscences raksturu. Piemēram, ja indikatora molekulā, kas atrodas fotoniskajā kristālā, pārejas frekvence iekrīt joslas spraugā, tad luminiscence šajā frekvencē tiks nomākta.

FC ir sadalīti trīs veidos: viendimensijas, divdimensiju un trīsdimensiju.

Vienas, divu un trīsdimensiju fotoniskie kristāli. Dažādas krāsas atbilst materiāliem ar dažādām dielektriskajām konstantēm.

FC ar mainīgiem slāņiem, kas izgatavoti no dažādiem materiāliem, ir viendimensijas.

Viendimensijas datora elektronu attēls, ko izmanto lāzerā kā Bragg daudzslāņu spoguli.

Divdimensiju personālajiem datoriem var būt daudzveidīgāka ģeometrija. Tie, piemēram, ietver bezgalīga garuma cilindru blokus (to šķērseniskais izmērs ir daudz mazāks par garenisko) vai periodiskas cilindrisku caurumu sistēmas.

Divdimensiju priekšējo un apgriezto fotonisko kristālu elektroniskie attēli ar trīsstūrveida režģi.

Trīsdimensiju datoru struktūras ir ļoti dažādas. Visizplatītākie šajā kategorijā ir mākslīgie opāli - sakārtotas sfērisku difuzoru sistēmas. Ir divi galvenie opālu veidi: tiešie un apgrieztie opāli. Pāreja no tiešā opāla uz reverso opālu tiek veikta, aizstājot visus sfēriskos elementus ar dobumiem (parasti gaisu), savukārt atstarpi starp šiem dobumiem piepilda ar kādu materiālu.

Zemāk ir PC virsma, kas ir taisns opāls ar kubisku režģi, kura pamatā ir pašorganizētas sfēriskas polistirola mikrodaļiņas.

Datora iekšējā virsma ar kubisku režģi, kuras pamatā ir pašorganizētas sfēriskas polistirola mikrodaļiņas.

Šāda struktūra ir apgriezts opāls, kas sintezēts daudzpakāpju ķīmiskā procesa rezultātā: polimēra sfērisku daļiņu pašsalikšana, iegūtā materiāla tukšumu impregnēšana ar vielu un polimēra matricas noņemšana ar ķīmisku kodināšanu.

Kvarca apgrieztā opāla virsma. Fotogrāfija iegūta, izmantojot skenējošo elektronu mikroskopiju.

Cits trīsdimensiju datoru veids ir baļķu tipa struktūras, ko veido taisnstūrveida paralēlskaldņi, kas sakrustoti parasti taisnā leņķī.

Elektroniska FC fotogrāfija, kas izgatavota no metāla paralēlskaldņiem.

Nosūtiet savu labo darbu zināšanu bāzē ir vienkārši. Izmantojiet zemāk esošo veidlapu

Studenti, maģistranti, jaunie zinātnieki, kuri izmanto zināšanu bāzi savās studijās un darbā, būs jums ļoti pateicīgi.

Līdzīgi dokumenti

Fotonisko kristālu kā materiālu, kuru struktūru raksturo refrakcijas koeficienta periodiskas izmaiņas telpiskajos virzienos, ražošanas procesa izpēte. Ražošanas metodes: spontāna veidošanās, kodināšana, hologrāfija.

abstrakts, pievienots 26.01.2011


Šķidro kristālu jēdziena attīstības vēsture. Šķidrie kristāli, to veidi un pamatīpašības. Šķidro kristālu optiskā aktivitāte un to strukturālās īpašības. Frederika efekts. LCD ierīču darbības fiziskais princips. Optiskais mikrofons.

apmācība, pievienota 14.12.2010


Īsa informācija par atomu un molekulu dipola momentiem. Retinātas zema blīvuma gāzes dielektriskā konstante. Polāro molekulu retināta gāze. Sistēmas ar spontānu polarizāciju modelis. Funkcionālā vienādojuma grafiskais risinājums.

abstrakts, pievienots 20.03.2016


Dielektriskās konstantes jēdziens kā dielektriķu polarizācijas pakāpes kvantitatīvs novērtējums. Gāzes dielektriskās konstantes atkarība no tās molekulu rādiusa un to skaita uz tilpuma vienību, šķidro nepolāro dielektriķu atkarība no temperatūras un frekvences.

prezentācija, pievienota 28.07.2013


Optiskā šķiedra kā datu pārraides līdzeklis. Optiskās šķiedras dizains. Optiskās šķiedras parametri: ģeometriskais, optiskais. Optiskās šķiedras, kuru pamatā ir fotoniskie kristāli. Lielu informācijas plūsmu pārraide lielos attālumos.

abstrakts, pievienots 03.03.2004


Kristāla struktūra. Cietvielu fizikas loma, priekšmets un uzdevumi. Kristāliskie un amorfie ķermeņi. Kristāla režģu veidi. Saišu veidi kristālos. Cietvielu kristālu struktūras. Šķidrie kristāli. Kristāla defekti.

lekcija, pievienota 13.03.2007


Šķidro kristālu atklāšanas vēstures un pielietojuma jomu apsvēršana; to iedalījums smektiskajā, nemātiskajā un holesteriskajā. Šķidro kristālisku vielu optisko, diamagnētisko, dielektrisko un akustiski-optisko īpašību izpēte.

kursa darbs, pievienots 18.06.2012


Kristāliskā (telpiskā) režģa jēdziens. Kristāla struktūras efekts. Rūpniecisko pjezo plēvju pielietošanas jomas. Apgrieztais pjezoelektriskais efekts. Pjezoelektrisko kristālu izmantošana elektriskās enerģijas ražošanai.

kursa darbs, pievienots 14.04.2014