Fotonik kristallerin üretim yöntemleri. Fotonik kristalin matematiksel modeli Fotonik kristal nedir

Ilya Polishchuk, Fiziksel ve Matematik Bilimleri Doktoru, MIPT Profesörü, "Kurchatov Enstitüsü" Ulusal Araştırma Merkezi'nde Baş Araştırmacı

Mikroelektroniğin bilgi işlem ve iletişim sistemlerinde kullanılması dünyayı kökten değiştirdi. Hiç şüphe yok ki, fotonik kristallerin ve bunlara dayalı cihazların fiziği alanındaki araştırma çalışmalarındaki patlamanın sonuçları, yarım yüzyılı aşkın bir süre önce entegre mikroelektroniklerin yaratılmasıyla kıyaslanabilir önemde olacaktır. Yeni tip malzemeler, yarı iletken elektronik elemanlarının "görüntü ve benzerliğinde" optik mikro devreler oluşturmayı mümkün kılacak ve temelde bugün fotonik kristaller üzerinde geliştirilen bilgilerin iletilmesi, saklanması ve işlenmesi için yeni yöntemler uygulama bulacaktır. geleceğin yarı iletken elektroniğinde. Bu araştırma alanının dünyanın en büyük araştırma merkezleri, yüksek teknoloji şirketleri ve askeri-endüstriyel kompleksler arasında en sıcak alanlardan biri olması şaşırtıcı değildir. Elbette Rusya da bir istisna değil. Üstelik fotonik kristaller etkili uluslararası işbirliğinin konusudur. Örnek olarak Rus Kintech Lab LLC ile ünlü Amerikan şirketi General Electric arasındaki on yılı aşkın işbirliğine bakalım.

Fotonik kristallerin tarihi

Tarihsel olarak, üç boyutlu kafesler üzerindeki foton saçılımı teorisi, bir fotonik kristalin düğümlerinin atomların kendileri olduğu X-ışını aralığında yer alan ~0.01-1 nm dalga boyu bölgesinden yoğun bir şekilde gelişmeye başlamıştır. 1986 yılında Los Angeles'taki Kaliforniya Üniversitesi'nden Eli Yablonovich, sıradan kristallere benzer, belirli bir spektrum bandındaki elektromanyetik dalgaların yayılamadığı üç boyutlu bir dielektrik yapı oluşturma fikrini öne sürdü. Bu tür yapılara fotonik bant aralığı yapıları veya fotonik kristaller denir. Beş yıl sonra, böyle bir fotonik kristal, yüksek kırılma indisine sahip bir malzemeye milimetre boyutunda delikler açılarak yapıldı. Daha sonra Yablonovite adını alan böyle bir yapay kristal, milimetrik dalga radyasyonu iletmedi ve aslında bant aralığına sahip bir fotonik yapı uyguladı (bu arada, fazlı anten dizileri de aynı fiziksel nesneler sınıfında sınıflandırılabilir).

Elektromanyetik (özellikle optik) dalgaların belirli bir frekans bandında bir, iki veya üç yönde yayıldığı fotonik yapılar, bu dalgaları kontrol etmek için optik entegre cihazlar oluşturmak için kullanılabilir. Şu anda fotonik yapıların ideolojisi, eşiksiz yarı iletken lazerlerin, nadir toprak iyonlarına dayalı lazerlerin, yüksek Q rezonatörlerinin, optik dalga kılavuzlarının, spektral filtrelerin ve polarizörlerin oluşturulmasının temelini oluşturmaktadır. Fotonik kristallerle ilgili araştırmalar şu anda Rusya dahil iki düzineden fazla ülkede yürütülüyor ve bu alandaki yayınların yanı sıra sempozyumların, bilimsel konferansların ve okulların sayısı da katlanarak artıyor.

Bir fotonik kristalde meydana gelen süreçleri anlamak için, onu bir yarı iletken kristalle ve fotonların yayılımını yük taşıyıcılarının (elektronlar ve delikler) hareketi ile karşılaştırabiliriz. Örneğin ideal silikonda atomlar elmas benzeri bir kristal yapıda düzenlenir ve katıların bant teorisine göre kristal boyunca yayılan yüklü taşıyıcılar atom çekirdeğinin periyodik alan potansiyeli ile etkileşime girer. İzin verilen ve yasak bantların oluşumunun nedeni budur - kuantum mekaniği, bant aralığı adı verilen enerji aralığına karşılık gelen enerjilere sahip elektronların varlığını yasaklar. Geleneksel kristallere benzer şekilde fotonik kristaller oldukça simetrik bir birim hücre yapısı içerir. Ayrıca, sıradan bir kristalin yapısı, kristal kafesindeki atomların konumları tarafından belirlenirse, fotonik kristalin yapısı, ortamın dielektrik sabitinin periyodik uzaysal modülasyonuyla belirlenir (modülasyon ölçeği, dalga boyuyla karşılaştırılabilir). etkileşimli radyasyon).

Fotonik iletkenler, yalıtkanlar, yarı iletkenler ve süper iletkenler

Analojiye devam edersek, fotonik kristaller iletkenlere, yalıtkanlara, yarı iletkenlere ve süper iletkenlere ayrılabilir.

Fotonik iletkenler geniş çözümlenmiş bantlara sahiptir. Bunlar, ışığın emilmeden uzun bir mesafe kat ettiği şeffaf cisimlerdir. Fotonik kristallerin başka bir sınıfı olan fotonik yalıtkanlar geniş bant aralıklarına sahiptir. Bu koşul örneğin geniş aralıklı çok katmanlı dielektrik aynalarla karşılanır. Işığın hızla ısıya dönüştüğü geleneksel opak ortamın aksine, fotonik yalıtkanlar ışığı emmez. Fotonik yarı iletkenler ise yalıtkanlara göre daha dar bant aralıklarına sahiptirler.

Fotonik kristal dalga kılavuzları, fotonik tekstillerin yapımında kullanılır (resimde). Bu tür tekstiller yeni ortaya çıktı ve uygulama alanı bile henüz tam olarak anlaşılamadı. Örneğin etkileşimli giysiler veya yumuşak bir ekran yapmak için kullanılabilir.

Fotoğraf: emt-photoniccrystal.blogspot.com

Fotonik bantlar ve fotonik kristaller fikrinin optikte ancak son birkaç yılda yerleşmiş olmasına rağmen, kırılma indisinde katmanlı değişikliklere sahip yapıların özellikleri fizikçiler tarafından uzun zamandır bilinmektedir. Bu tür yapıların pratikte önemli ilk uygulamalarından biri, yüksek verimli spektral filtreler oluşturmak ve optik elemanlardan gelen istenmeyen yansımaları azaltmak için kullanılan benzersiz optik özelliklere sahip kaplamaların (bu tür optiklere kaplamalı optikler denir) ve dielektrik aynaların üretimiydi. 100%. 1D fotonik yapıların diğer iyi bilinen örnekleri arasında dağıtılmış geri beslemeli yarı iletken lazerlerin yanı sıra fiziksel parametrelerin (profil veya kırılma indisi) periyodik uzunlamasına modülasyonuna sahip optik dalga kılavuzları bulunur.

Sıradan kristallere gelince, doğa onları bize çok cömertçe veriyor. Fotonik kristaller doğada çok nadir bulunur. Bu nedenle, eğer fotonik kristallerin benzersiz özelliklerinden yararlanmak istiyorsak, onları büyütmek için farklı yöntemler geliştirmek zorunda kalıyoruz.

Fotonik kristal nasıl yetiştirilir

Görünür dalga boyu aralığında üç boyutlu bir fotonik kristalin oluşturulması, son on yılda malzeme biliminin en önemli önceliklerinden biri olmaya devam etti ve çoğu araştırmacı, temelde iki farklı yaklaşıma odaklandı. Bunlardan biri tohum şablon yöntemini, yani şablon yöntemini kullanıyor. Bu yöntem, sentezlenen nanosistemlerin kendi kendine organizasyonu için önkoşulları yaratır. İkinci yöntem nanolitografidir.

İlk yöntem grubu arasında en yaygın olanı, periyodik gözenek sistemine sahip katılar oluşturmak için şablon olarak tek dağılımlı koloidal küreleri kullanan yöntemlerdir. Bu yöntemler metallere, metal olmayanlara, oksitlere, yarı iletkenlere, polimerlere vb. dayalı fotonik kristallerin elde edilmesini mümkün kılar. İlk aşamada, benzer boyutlardaki kolloidal küreler, daha sonra doğal opalin bir benzeri olan şablon görevi gören üç boyutlu (bazen iki boyutlu) çerçeveler biçiminde eşit şekilde "paketlenir". İkinci aşamada şablon yapıdaki boşluklar sıvı ile doyurulur ve bu daha sonra çeşitli fizikokimyasal etkiler altında katı bir çerçeveye dönüşür. Şablon boşluklarını bir maddeyle doldurmaya yönelik diğer yöntemler, elektrokimyasal yöntemler veya CVD (Kimyasal Buhar Biriktirme) yöntemidir.

Son aşamada ise kalıbın (kolloidal küreler) niteliğine göre çözünme veya termal ayrıştırma işlemleri kullanılarak uzaklaştırılır. Ortaya çıkan yapılara genellikle orijinal kolloidal kristallerin ters kopyaları veya "ters opaller" adı verilir.

Pratik kullanım için fotonik kristaldeki hatasız alanların 1000 μm2'yi geçmemesi gerekir. Bu nedenle, fotonik kristaller oluştururken kuvars ve polimer küresel parçacıklarının düzenlenmesi sorunu en önemli sorunlardan biridir.

İkinci yöntem grubunda, tek fotonlu fotolitografi ve iki fotonlu fotolitografi, 200 nm çözünürlüğe sahip üç boyutlu fotonik kristallerin oluşturulmasına olanak tanır ve polimerler gibi bir ve bire duyarlı bazı malzemelerin özelliklerinden yararlanır. iki fotonlu ışınlamaya maruz kalır ve bu radyasyona maruz kaldığında özelliklerini değiştirebilir. Elektron ışın litografisi, iki boyutlu fotonik kristallerin üretilmesi için pahalı ama hızlı bir yöntemdir. Bu yöntemde, bir elektron ışınına maruz kaldığında özellikleri değişen bir fotorezist, ışın tarafından belirli konumlarda ışınlanarak uzaysal bir maske oluşturulur. Işınlamadan sonra fotorezistin bir kısmı yıkanır ve geri kalan kısım, sonraki teknolojik döngüde aşındırma için maske olarak kullanılır. Bu yöntemin maksimum çözünürlüğü 10 nm'dir. İyon ışını litografisi prensip olarak benzerdir ancak elektron ışını yerine iyon ışını kullanılır. İyon ışını litografisinin elektron ışını litografisine göre avantajları, fotorezistin iyon ışınlarına elektron ışınlarından daha duyarlı olmasıdır ve elektron ışını litografisinde mümkün olan minimum alan boyutunu sınırlayan hiçbir "yakınlık etkisi" yoktur.

Fotonik kristal yetiştirmenin diğer bazı yöntemlerinden de bahsedelim. Bunlar, fotonik kristallerin kendiliğinden oluşma yöntemlerini, aşındırma yöntemlerini ve holografik yöntemleri içerir.

Fotonik gelecek

Tahminlerde bulunmak cazip olduğu kadar tehlikelidir. Ancak fotonik kristal cihazların geleceğine ilişkin tahminler oldukça iyimser. Fotonik kristallerin kullanım kapsamı pratik olarak tükenmezdir. Şu anda, fotonik kristallerin benzersiz özelliklerini kullanan cihazlar veya malzemeler dünya pazarında zaten ortaya çıkmıştır (veya yakın gelecekte ortaya çıkacaktır). Bunlar fotonik kristalli lazerlerdir (düşük eşikli ve eşiksiz lazerler); fotonik kristallere dayalı dalga kılavuzları (geleneksel fiberlerle karşılaştırıldığında daha kompakttırlar ve daha düşük kayıplara sahiptirler); ışığın dalga boyundan daha küçük bir noktaya odaklanmasını mümkün kılan negatif kırılma indisine sahip malzemeler; fizikçilerin hayali süper prizmalardır; optik depolama ve mantık aygıtları; fotonik kristallere dayalı görüntüler. Fotonik kristaller aynı zamanda renk manipülasyonunu da gerçekleştirecek. Yüksek spektral aralığa sahip fotonik kristaller üzerinde bükülebilir, geniş formatlı bir ekran zaten geliştirildi - kızılötesi radyasyondan, her pikselin bir fotonik kristal olduğu ultraviyole - uzayda kesin olarak tanımlanmış bir şekilde yerleştirilmiş bir dizi silikon mikroküre. Fotonik süperiletkenler yaratılıyor. Bu tür süper iletkenler, yüksek frekanslarda çalışacak ve fotonik yalıtkanlar ve yarı iletkenlerle birleştirilecek optik sıcaklık sensörleri oluşturmak için kullanılabilir.

İnsanoğlu hala fotonik kristallerin teknolojik kullanımını planlıyor ancak deniz faresi (Afrodit aculeata) uzun süredir bunları pratikte kullanıyor. Bu solucanın kürkü o kadar belirgin bir yanardöner fenomene sahiptir ki, spektrumun tüm görünür bölgesinde - kırmızıdan yeşile ve maviye -% 100'e yakın bir verimlilikle ışığı seçici olarak yansıtabilmektedir. Böylesine özel bir "yerleşik" optik bilgisayar, bu solucanın 500 metreye kadar derinliklerde hayatta kalmasına yardımcı oluyor. İnsan zekasının, fotonik kristallerin benzersiz özelliklerini kullanma konusunda çok daha ileri gideceğini söylemek yanlış olmaz.

Fotonik kristallerin olağandışı özelliklerine çok sayıda eser ve son zamanlarda monografi ayrılmıştır. Fotonik kristallerin, dielektrik parametrelerdeki (kırılma indeksi anlamına gelen) periyodik değişiklikler nedeniyle, yayılan elektromanyetik dalgaların (ışık) özelliklerinin gerçek kristallerde yayılan elektronların özelliklerine benzer hale geldiği yapay ortamlar olduğunu hatırlayalım. Buna göre “fotonik kristal” terimi, fotonlar ve elektronlar arasındaki benzerliği vurgulamaktadır. Fotonların özelliklerinin nicelenmesi, bir fotonik kristalde yayılan bir elektromanyetik dalganın spektrumunda, foton durumlarının yoğunluğunun sıfır olduğu yasak bantların ortaya çıkabilmesine yol açar.

Mutlak bant aralığına sahip üç boyutlu bir fotonik kristal ilk olarak mikrodalga aralığındaki elektromanyetik dalgalar için gerçekleştirildi. Mutlak bir bant aralığının varlığı, enerjisi bu frekans bandına karşılık gelen fotonların durum yoğunluğu kristalin herhangi bir noktasında sıfır olduğundan, belirli bir frekans bandındaki elektromanyetik dalgaların belirli bir kristalde herhangi bir yönde yayılamayacağı anlamına gelir. Gerçek kristaller gibi fotonik kristaller de bant aralıklarının varlığı ve özellikleri bakımından iletken, yarı iletken, yalıtkan ve süper iletken olabilirler. Bir fotonik kristalin bant aralığında "kusurlar" varsa, o zaman bir foton "kusur" tarafından "yakalanabilir"; tıpkı bir elektronun veya deliğin, bir yarı iletkenin bant aralığında bulunan karşılık gelen bir safsızlık tarafından yakalanmasına benzer şekilde. .

Bant aralığının içinde yer alan enerjiye sahip bu şekilde yayılan dalgalara kusur modları adı verilir.

fotonik kristal metamateryal kırılması

Daha önce belirtildiği gibi, bir fotonik kristalin olağandışı özellikleri, kristalin temel hücresinin boyutları, içinde yayılan dalganın uzunluğu düzeyinde olduğunda gözlemlenir. Görünür ışık aralığındaki ideal fotonik kristallerin ancak mikron altı teknolojiler kullanılarak üretilebileceği açıktır. Modern bilim ve teknolojinin düzeyi, bu tür üç boyutlu kristallerin yaratılmasını mümkün kılmaktadır.

Fotonik kristallerin uygulamaları oldukça fazladır; optik izolatörler, optik kapılar, anahtarlar, çoklayıcılar vb. Pratik açıdan son derece önemli yapılardan biri fotonik kristal optik fiberlerdir. İlk önce yoğun bir pakette toplanan bir dizi cam kılcal damardan yapılmışlar ve daha sonra geleneksel kaportaya tabi tutulmuşlardı. Sonuç, karakteristik boyutu yaklaşık 1 mikron olan, düzenli aralıklı delikler içeren bir optik fiberdi. Daha sonra çeşitli konfigürasyonlarda ve farklı özelliklere sahip optik fotonik kristal ışık kılavuzları elde edildi (Şekil 9).

Fotonik kristal ışık kılavuzları oluşturmak için yeni bir delme yöntemi, Radyo Mühendisliği ve Elektronik Enstitüsü ve Rusya Bilimler Akademisi Fiber Optik Bilimsel Merkezi'nde geliştirildi. İlk önce kalın bir kuvars iş parçasına herhangi bir matrisli mekanik delikler açıldı ve ardından iş parçası çizildi. Sonuç, yüksek kaliteli bir fotonik kristal elyaftı. Bu tür ışık kılavuzlarında, çeşitli şekil ve boyutlarda kusurlar oluşturmak kolaydır, böylece frekansları fotonik kristalin bant aralığında bulunan birkaç ışık modu aynı anda uyarılabilir. Özellikle kusurlar içi boş bir kanal şeklini alabilir, böylece ışık kuvars içinde değil hava yoluyla yayılır ve bu da fotonik kristal ışık kılavuzlarının uzun bölümlerindeki kayıpları önemli ölçüde azaltabilir. Fotonik kristal ışık kılavuzlarında görünür ve kızılötesi radyasyonun yayılmasına çeşitli fiziksel olaylar eşlik eder: Raman saçılması, harmonik karışım, sonuçta süper sürekliliğin oluşmasına yol açan harmonik üretim.

Fiziksel etkilerin ve olası uygulamaların incelenmesi açısından daha az ilgi çekici olan, bir ve iki boyutlu fotonik kristallerdir. Açıkça söylemek gerekirse bu yapılar fotonik kristaller değildir ancak elektromanyetik dalgalar belirli yönlerde yayıldığında öyle düşünülebilir. Tipik bir tek boyutlu fotonik kristal, çok farklı kırılma indislerine sahip en az iki maddenin katmanlarından oluşan çok katmanlı periyodik bir yapıdır. Eğer bir elektromanyetik dalga normal boyunca yayılırsa böyle bir yapıda belirli frekanslar için bant aralığı ortaya çıkar. Yapının katmanlarından biri diğerlerinden farklı kırılma indisine sahip bir madde ile değiştirilirse veya bir katmanın kalınlığı değiştirilirse bu tür bir katman, frekansı bant aralığı içinde olan bir dalgayı yakalayabilen bir kusur olacaktır. .

Dielektrik manyetik olmayan bir yapıda manyetik kusur katmanının varlığı, böyle bir yapıda yayılırken dalganın Faraday rotasyonunda çoklu bir artışa ve ortamın optik şeffaflığında bir artışa yol açar.

Genel olarak konuşursak, fotonik kristallerdeki manyetik katmanların varlığı, öncelikle mikrodalga aralığında özelliklerini önemli ölçüde değiştirebilir. Gerçek şu ki, mikrodalga aralığında ferromıknatısların belirli bir frekans bandındaki manyetik geçirgenliği negatiftir ve bu da onların metamalzemelerin oluşturulmasında kullanımını kolaylaştırır. Bu tür maddelerin metalik manyetik olmayan katmanlarla veya bireysel iletkenlerden veya periyodik iletken yapılardan oluşan yapılarla birleştirilmesiyle, negatif manyetik ve dielektrik sabit değerlerine sahip yapılar üretmek mümkündür. Bunun bir örneği, Rusya Bilimler Akademisi Radyo Mühendisliği ve Elektronik Enstitüsü'nde oluşturulan ve manyetostatik spin dalgalarının "negatif" yansımasını ve kırılmasını tespit etmek için tasarlanan yapılardır. Bu yapı, yüzeyinde metal iletkenler bulunan bir itriyum demir garnet filmidir. İnce ferromanyetik filmlerde yayılan manyetostatik spin dalgalarının özellikleri büyük ölçüde dış manyetik alana bağlıdır. Genel durumda, bu tür dalgaların türlerinden biri geri dalgadır, dolayısıyla bu tür dalga için dalga vektörü ile İşaret vektörünün skaler çarpımı negatiftir.

Fotonik kristallerde geri dalgaların varlığı aynı zamanda kristalin kendi özelliklerinin periyodikliğinden de kaynaklanmaktadır. Özellikle, dalga vektörleri birinci Brillouin bölgesinde yer alan dalgalar için yayılma koşulu, doğrudan dalgalar için olduğu gibi ve ikinci Brillouin bölgesindeki aynı dalgalar için - geri olanlar için olduğu gibi yerine getirilebilir. Metamalzemeler gibi, fotonik kristaller de yayılan dalgalarda "negatif" kırılma gibi olağandışı özellikler sergileyebilir.

Bununla birlikte, fotonik kristaller, "negatif" kırılma olgusunun yalnızca mikrodalga aralığında değil aynı zamanda optik frekans aralığında da mümkün olduğu bir meta malzeme olabilir. Deneyler, Brillouin bölgesinin merkezine yakın ilk bant aralığının frekansından daha yüksek frekanslara sahip dalgalar için fotonik kristallerde "negatif" kırılmanın varlığını doğrulamaktadır. Bunun nedeni negatif grup hızının etkisi ve bunun sonucunda dalganın negatif kırılma indisidir. Aslında bu frekans aralığında dalgalar tersine döner.

Fotonik kristaller (PC'ler), uzaydaki dielektrik sabitindeki periyodik değişimle karakterize edilen yapılardır. PC'lerin optik özellikleri, sürekli ortamın optik özelliklerinden çok farklıdır. Ortamın periyodikliği nedeniyle fotonik kristal içindeki radyasyonun yayılması, periyodik potansiyelin etkisi altındaki sıradan bir kristal içindeki elektronun hareketine benzer hale gelir. Sonuç olarak, fotonik kristallerdeki elektromanyetik dalgalar, sıradan kristallerdeki elektronların Bloch dalgalarına benzer bir bant spektrumuna ve koordinat bağımlılığına sahiptir. Belirli koşullar altında PC'lerin bant yapısında, doğal kristallerdeki yasaklı elektronik bantlara benzer şekilde boşluklar oluşur. Spesifik özelliklere (elementlerin malzemesi, boyutları ve kafes periyodu) bağlı olarak, hem polarizasyonu ve yönü ne olursa olsun radyasyonun yayılmasının imkansız olduğu tamamen yasak frekans bölgeleri ve dağıtımın olduğu kısmen yasak (durma bölgeleri) yalnızca seçilen yönlerde mümkündür.

Fotonik kristaller hem temel açıdan hem de çok sayıda uygulama açısından ilgi çekicidir. Fotonik kristallere dayanarak, optik filtreler, dalga kılavuzları (özellikle fiber optik iletişim hatlarında) ve termal radyasyonun kontrolüne izin veren cihazlar oluşturulmakta ve geliştirilmektedir; fotonik kristallere dayanarak azaltılmış pompa eşiğine sahip lazer tasarımları önerilmiştir.

Yansıma, iletim ve soğurma spektrumlarını değiştirmenin yanı sıra, metal-dielektrik fotonik kristaller belirli bir fotonik durum yoğunluğuna sahiptir. Değişen durum yoğunluğu, fotonik kristal içine yerleştirilen bir atom veya molekülün uyarılmış durumunun ömrünü önemli ölçüde etkileyebilir ve sonuç olarak lüminesansın karakterini değiştirebilir. Örneğin bir fotonik kristalde bulunan indikatör moleküldeki geçiş frekansı bant aralığına düşerse bu frekanstaki lüminesans bastırılacaktır.

FC'ler üç tipe ayrılır: tek boyutlu, iki boyutlu ve üç boyutlu.

Bir, iki ve üç boyutlu fotonik kristaller. Farklı renkler, farklı dielektrik sabitleri olan malzemelere karşılık gelir.

Farklı malzemelerden yapılmış alternatif katmanlara sahip FC'ler tek boyutludur.

Lazerde Bragg çok katmanlı ayna olarak kullanılan tek boyutlu bir bilgisayarın elektron görüntüsü.

İki boyutlu PC'ler daha çeşitli geometrilere sahip olabilir. Bunlar, örneğin, sonsuz uzunluktaki silindir dizilerini (enine boyutları uzunlamasına olandan çok daha küçüktür) veya periyodik silindirik delik sistemlerini içerir.

Üçgen kafesli iki boyutlu ileri ve ters fotonik kristallerin elektronik görüntüleri.

Üç boyutlu bilgisayarların yapıları çok çeşitlidir. Bu kategoride en yaygın olanı, yapay opal sıralı küresel difüzör sistemleridir. İki ana opal türü vardır: doğrudan ve ters opaller. Direkt opaldan ters opale geçiş, tüm küresel elemanların boşluklarla (genellikle hava) değiştirilmesiyle gerçekleştirilir, bu boşlukların arasındaki boşluk ise bir miktar malzeme ile doldurulur.

Aşağıda, kendi kendine organize olan küresel polistiren mikropartiküllere dayanan kübik kafesli düz bir opal olan PC'nin yüzeyi bulunmaktadır.

Kendi kendine organize olan küresel polistiren mikropartiküllere dayanan kübik kafesli bir PC'nin iç yüzeyi.

Aşağıdaki yapı, çok aşamalı bir kimyasal işlemin sonucu olarak sentezlenen ters bir opaldır: polimer küresel parçacıkların kendiliğinden birleşmesi, elde edilen malzemenin boşluklarının bir madde ile emprenye edilmesi ve polimer matrisinin kimyasal dağlama yoluyla çıkarılması.

Kuvars ters opal yüzeyi. Fotoğraf taramalı elektron mikroskobu kullanılarak elde edildi.

Üç boyutlu PC'lerin başka bir türü, genellikle dik açılarda kesişen dikdörtgen paralel borulardan oluşan kütük yığını tipi yapılardır.

Metal paralel borulardan yapılmış bir FC'nin elektronik fotoğrafı.

Üretim yöntemleri

FC'lerin pratikte kullanımı, üretimleri için evrensel ve basit yöntemlerin bulunmaması nedeniyle önemli ölçüde sınırlıdır. Günümüzde FC oluşturmaya yönelik çeşitli yaklaşımlar uygulanmıştır. İki ana yaklaşım aşağıda açıklanmıştır.

Bunlardan ilki, kendi kendini organize etme veya kendi kendine toplanma yöntemi olarak adlandırılan yöntemdir. Bir fotonik kristalin kendi kendine birleşmesi, bir sıvı içinde bulunan ve sıvı buharlaştıkça hacme yerleşen kolloidal parçacıkları (en yaygın olanı monodispers silikon veya polistiren parçacıklarıdır) kullanır. Birbirlerinin üzerine "biriktikçe" üç boyutlu bir PC oluştururlar ve koşullara bağlı olarak yüz merkezli kübik veya altıgen kristal kafes şeklinde düzenlenirler. Bu yöntem oldukça yavaştır; FC oluşumu birkaç hafta sürebilir. Dezavantajları ayrıca biriktirme işlemi sırasında ortaya çıkan kusurların zayıf kontrol edilen yüzdesini de içerir.

Kendi kendine montaj yönteminin çeşitlerinden biri de bal peteği yöntemidir. Bu yöntem, parçacık içeren bir sıvının küçük gözeneklerden filtrelenmesini içerir ve bu gözeneklerden sıvı akış hızına göre belirlenen bir hızda PC'lerin oluşmasına olanak tanır. Geleneksel biriktirme yöntemiyle karşılaştırıldığında bu yöntem çok daha hızlıdır, ancak kullanıldığında kusur yüzdesi daha yüksektir.

Açıklanan yöntemlerin avantajları arasında, büyük boyutlu PC numunelerinin (alan olarak birkaç santimetre kareye kadar) oluşumuna izin vermeleri yer almaktadır.

PC üretimi için ikinci en popüler yöntem gravür yöntemidir. 2D PC'leri üretmek için tipik olarak çeşitli aşındırma yöntemleri kullanılır. Bu yöntemler, bir dielektrik veya metalin yüzeyinde oluşturulan ve aşındırma alanının geometrisini tanımlayan bir fotodirenç maskesinin (örneğin bir yarım küre dizisini tanımlayan) kullanımına dayanmaktadır. Bu maske, standart bir fotolitografi yöntemi kullanılarak üretilebilir ve ardından numune yüzeyinin bir fotorezist ile kimyasal olarak aşındırılması takip edilebilir. Bu durumda buna göre fotorezistin bulunduğu bölgelerde fotorezistin yüzeyinin aşındırılması, fotorezistin bulunmadığı alanlarda ise dielektrik veya metalin aşındırılması meydana gelir. İşlem, istenen aşındırma derinliğine ulaşılıncaya kadar devam eder, ardından fotorezist yıkanır.

Bu yöntemin dezavantajı, en iyi mekansal çözünürlüğü Rayleigh kriteri ile belirlenen fotolitografi işleminin kullanılmasıdır. Bu nedenle bu yöntem, genellikle spektrumun yakın kızılötesi bölgesinde yer alan bant aralığına sahip PC'ler oluşturmak için uygundur. Çoğu zaman gerekli çözünürlüğü elde etmek için fotolitografi ve elektron ışın litografisinin bir kombinasyonu kullanılır. Bu yöntem, yarı iki boyutlu PC'lerin üretimi için pahalı ama oldukça doğru bir yöntemdir. Bu yöntemde, bir elektron ışınına maruz kaldığında özellikleri değişen bir fotorezist, uzaysal bir maske oluşturacak şekilde belirli konumlara ışınlanır. Işınlamadan sonra fotorezistin bir kısmı yıkanır ve geri kalan kısım, sonraki teknolojik döngüde aşındırma için maske olarak kullanılır. Bu yöntemin maksimum çözünürlüğü yaklaşık 10 nm'dir.

Elektrodinamik ve kuantum mekaniği arasındaki paralellikler

Maxwell denklemlerinin herhangi bir çözümü, doğrusal ortam durumunda ve serbest yüklerin ve akım kaynaklarının yokluğunda, frekansa bağlı olarak karmaşık genliklere sahip zaman harmonik fonksiyonlarının bir süperpozisyonu olarak temsil edilebilir: burada ya , ya da vardır.

Alanlar gerçek olduğundan ve zaman içinde harmonik olan fonksiyonların pozitif frekansla süperpozisyonu olarak yazılabilir: ,

Harmonik fonksiyonların dikkate alınması, Maxwell denklemlerinin zaman türevlerini içermeyen frekans formuna geçmemizi sağlar: ,

burada bu denklemlerde yer alan alanların zamana bağımlılığı , olarak temsil edilir. Ortamın izotropik olduğunu ve manyetik geçirgenliğin olduğunu varsayıyoruz.

Alanı açıkça ifade ederek, denklemlerin her iki tarafından da rotoru alarak ve ikinci denklemi birinciyle değiştirerek şunu elde ederiz:

ışığın boşluktaki hızı nerede?

Başka bir deyişle, bir özdeğer problemimiz var:

operatör için

bağımlılığın söz konusu yapı tarafından belirlendiği yer.

Ortaya çıkan operatörün özfonksiyonları (modları) koşulu karşılamalıdır.

Olarak bulunur

Bu durumda rotor sapması her zaman sıfır olduğundan koşul otomatik olarak karşılanır.

Operatör doğrusaldır; bu, özdeğer problemine yönelik çözümlerin aynı frekansa sahip herhangi bir doğrusal kombinasyonunun da bir çözüm olacağı anlamına gelir. Bu durumda operatörün Hermitsel olduğu, yani herhangi bir vektör fonksiyonu için gösterilebilir.

burada skaler çarpım şu şekilde tanımlanır:

Operatör Hermitian olduğundan özdeğerlerinin gerçek olduğu sonucu çıkar. Ayrıca 0" align=absmiddle">'da özdeğerlerin negatif olmadığı ve dolayısıyla frekansların gerçek olduğu da gösterilebilir.

Farklı frekanslara karşılık gelen özfonksiyonların skaler çarpımı her zaman sıfıra eşittir. Eşit frekanslar durumunda durum böyle olmayabilir, ancak her zaman yalnızca birbirine dik olan bu tür özfonksiyonların doğrusal kombinasyonlarıyla çalışabilirsiniz. Ayrıca Hermit operatörünün birbirine dik özfonksiyonlarından bir temel oluşturmak her zaman mümkündür.

Aksine, alanı ifade edersek genelleştirilmiş bir özdeğer problemi elde ederiz:

denklemin her iki tarafında da operatörlerin mevcut olduğu (ve denklemin sol tarafındaki operatör tarafından bölündükten sonra Hermitsel olmayan hale gelir). Bazı durumlarda bu formülasyon daha uygundur.

Denklemdeki özdeğerleri değiştirirken yeni çözümün frekansa karşılık geleceğini unutmayın. Bu gerçeğe ölçeklenebilirlik denir ve büyük pratik öneme sahiptir. Mikron mertebesinde karakteristik boyutlara sahip fotonik kristallerin üretimi teknik olarak zordur. Bununla birlikte, test amacıyla, santimetre mertebesinde periyodu ve eleman boyutu olan, santimetre modunda çalışacak bir fotonik kristal modeli yapmak mümkündür (bu durumda, santimetre modunda çalışacak malzemelerin kullanılması gerekir). santimetre frekans aralığında simüle edilen malzemelerle yaklaşık olarak aynı dielektrik sabitine sahiptir).

Yukarıda anlatılan teori ile kuantum mekaniği arasında bir benzetme yapalım. Kuantum mekaniğinde karmaşık değerler alan bir skaler dalga fonksiyonunu dikkate alırız. Elektrodinamikte bu vektördür ve karmaşık bağımlılık yalnızca kolaylık sağlamak amacıyla sunulmuştur. Bu gerçeğin bir sonucu, özellikle, bir fotonik kristaldeki fotonların bant yapılarının, elektronların bant yapılarının aksine, farklı polarizasyonlara sahip dalgalar için farklı olmasıdır.

Hem kuantum mekaniğinde hem de elektrodinamikte Hermit operatörünün özdeğerleri sorunu çözüldü. Kuantum mekaniğinde Hermit operatörleri gözlemlenebilir büyüklüklere karşılık gelir.

Ve son olarak kuantum mekaniğinde, eğer operatör toplam olarak temsil edilirse, özdeğer denkleminin çözümü şu şekilde yazılabilir, yani problem üç tek boyutlu probleme bölünür. Elektrodinamikte bu imkansızdır çünkü operatör, ayrılmış olsalar bile üç koordinatın tümünü "bağlar". Bu nedenle elektrodinamikte yalnızca çok sınırlı sayıda problem için analitik çözümler mevcuttur. Özellikle, PC'lerin bant spektrumu için kesin analitik çözümler esas olarak tek boyutlu PC'ler için bulunur. Bu nedenle sayısal modelleme, fotonik kristallerin özelliklerinin hesaplanmasında önemli bir rol oynamaktadır.

Bölge yapısı

Bir fotonik kristal, fonksiyonun periyodikliği ile karakterize edilir:

Keyfi bir çeviri vektörü, şu şekilde temsil edilebilir:

burada ilkel çeviri vektörleri ve tamsayılardır.

Bloch teoremine göre, bir operatörün özfonksiyonları, FC ile aynı periyodikliğe sahip bir fonksiyonla çarpılan bir düzlem dalga şekline sahip olacak şekilde seçilebilir:

periyodik bir fonksiyon nerede. Bu durumda değerler birinci Brillouin bölgesine ait olacak şekilde seçilebilir.

Bu ifadeyi formüle edilmiş özdeğer probleminde yerine koyarak özdeğer denklemini elde ederiz.

Özfonksiyonlar periyodik olmalı ve koşulu sağlamalıdır.

Her vektör değerinin, indeks ile artan sırada numaralandıracağımız, ayrı bir frekans kümesine sahip sonsuz bir mod kümesine karşılık geldiği gösterilebilir. Operatör sürekli olarak bağlı olduğundan, sabit bir indeksteki frekans da sürekli olarak bağlıdır. Sürekli işlevler kümesi bilgisayarın bant yapısını oluşturur. Bir bilgisayarın bant yapısını incelemek, onun optik özellikleri hakkında bilgi edinilmesini sağlar. FC'de herhangi bir ek simetrinin varlığı, kendimizi Brillouin bölgesinin indirgenemez olarak adlandırılan belirli bir alt bölgesiyle sınırlamamıza izin verir. Bu indirgenemez bölgeye ait çözümler, tüm Brillouin bölgesi için çözümler üretir.

Sol: Kare bir kafes içine yerleştirilmiş silindirlerden oluşan iki boyutlu bir fotonik kristal. Sağda: Kare kafese karşılık gelen ilk Brillouin bölgesi. Mavi üçgen indirgenemez Brillouin bölgesine karşılık gelir. G, M Ve X- kare bir kafes için yüksek simetriye sahip noktalar.

Hiçbir modun dalga vektörünün herhangi bir gerçek değerine karşılık gelmediği frekans aralıklarına bant boşlukları denir. Bu tür bölgelerin genişliği, fotonik kristaldeki dielektrik sabitinin (fotonik kristalin kurucu elemanlarının dielektrik sabitlerinin oranı) artan kontrastıyla artar. Böyle bir fotonik kristalin içinde bant aralığının içinde yer alan frekansa sahip bir radyasyon üretilirse, içinde yayılamaz (dalga vektörünün karmaşık değerine karşılık gelir). Böyle bir dalganın genliği kristalin içinde katlanarak azalacaktır (geçip sönen dalga). Bu, fotonik kristalin özelliklerinden birinin temelidir: kendiliğinden emisyonu kontrol etme yeteneği (özellikle bastırılması). Eğer böyle bir radyasyon fotonik kristalin üzerine dışarıdan düşerse, fotonik kristalden tamamen yansır. Bu etki, yansıtıcı filtreler için fotonik kristallerin yanı sıra yüksek düzeyde yansıtıcı duvarlara sahip rezonatörler ve dalga kılavuzlarının kullanılmasının temelini oluşturur.

Kural olarak, düşük frekans modları ağırlıklı olarak yüksek dielektrik sabitine sahip katmanlarda yoğunlaşırken, yüksek frekans modları esas olarak daha düşük dielektrik sabitine sahip katmanlarda yoğunlaşır. Bu nedenle, ilk bölgeye genellikle dielektrik denir ve ondan sonraki bölgeye hava denir.

Katmanlara dik dalga yayılımına karşılık gelen tek boyutlu bir PC'nin bant yapısı. Her üç durumda da her katmanın kalınlığı 0,5'tir. A, Nerede A- FC dönemi. Sol: Her katman aynı dielektrik sabitine sahiptir ε = 13. Merkez: alternatif katmanların dielektrik sabiti değerlerine sahiptir ε = 12 ve ε = 13. Sağ: ε = 1 ve ε = 13.

Boyutu üçten küçük olan bir PC durumunda, tüm yönler için tam bant aralıkları yoktur; bu, PC'nin homojen olduğu bir veya iki yönün varlığının bir sonucudur. Sezgisel olarak bu, bu yönler boyunca dalganın bant boşluklarının oluşumu için gerekli olan çoklu yansımaları deneyimlememesi gerçeğiyle açıklanabilir.

Buna rağmen PC'ye gelen dalgaları herhangi bir açıda yansıtacak tek boyutlu PC'ler oluşturmak mümkün.

Noktalı tek boyutlu bir bilgisayarın bant yapısı A alternatif katmanların kalınlığının 0,2 olduğu A ve 0,8 A ve bunların dielektrik sabitleri ε = 13 ve ε = 1 sırasıyla. Şeklin sol kısmı, katmanlara dik olan dalga yayılma yönüne karşılık gelir (0, 0, k z) ve sağdaki - katmanlar boyunca (0, k y, 0). Yasak bölge yalnızca katmanlara dik yön için mevcuttur. Ne zaman olduğunu unutmayın k y > 0 ise iki farklı polarizasyon için dejenerasyon ortadan kaldırılır.

Aşağıda opal geometrisine sahip bir PC'nin bant yapısı verilmiştir. Bu PC'nin yaklaşık 1,5 μm dalga boyunda tam bir bant aralığına ve 2,5 μm dalga boyunda maksimum yansımaya sahip bir durdurma bandına sahip olduğu görülebilir. Ters opal üretiminin aşamalarından birinde silikon matrisinin aşındırma süresini değiştirerek ve dolayısıyla kürelerin çapını değiştirerek bant aralığının belirli bir dalga boyu aralığında lokalizasyonunu sağlamak mümkündür. Yazarlar benzer özelliklere sahip bir yapının telekomünikasyon teknolojilerinde de kullanılabileceğini belirtmektedir. Bant aralığı frekansındaki radyasyon, PC hacminin içinde lokalize edilebilir ve gerekli kanal sağlandığında neredeyse kayıpsız olarak yayılabilir. Böyle bir kanal, örneğin bir fotonik kristalin elemanlarının belirli bir çizgi boyunca çıkarılmasıyla oluşturulabilir. Kanal büküldüğünde, elektromanyetik dalga hareketin yönünü de değiştirecek ve kanalın şeklini tekrarlayacaktır. Dolayısıyla böyle bir bilgisayarın, yayıcı cihaz ile sinyali işleyen optik mikroçip arasında bir iletim ünitesi olarak kullanılması gerekiyor.

Deneysel olarak ölçülen GL yönündeki yansıma spektrumunun ve yüz merkezli kübik kafesli ters silikon (Si) opal için düzlem dalga genişlemesiyle hesaplanan bant yapısının karşılaştırılması (ilk Brillouin bölgesi ekte gösterilmiştir). Silisyumun hacim oranı %22. Izgara süresi 1,23 µm

Tek boyutlu PC'lerde en küçük dielektrik sabit kontrastı bile bir bant aralığı oluşturmak için yeterlidir. Görünüşe göre üç boyutlu dielektrik PC'ler için benzer bir sonuç çıkarılabilir: Brillouin bölgesinin sınırında vektör olması durumunda dielektrik sabitinin kontrastı ne kadar küçük olursa olsun tam bir bant aralığının varlığını varsaymak. her yönde aynı modüle sahiptir (küresel bir Brillouin bölgesine karşılık gelir). Ancak küresel Brillouin bölgesine sahip üç boyutlu kristaller doğada mevcut değildir. Kural olarak oldukça karmaşık bir çokgen şekle sahiptir. Böylece farklı frekanslarda farklı yönlerde bant aralıklarının var olduğu ortaya çıkıyor. Ancak dielektrik kontrast yeterince büyükse, farklı yönlerdeki bantlar üst üste binerek tüm yönlerde tam bir bant aralığı oluşturabilir. Küresele en yakın olanı (ve dolayısıyla Bloch vektörünün yönünden en bağımsız olanı), yüz merkezli kübik (FCC) ve elmas kafeslerin ilk Brillouin bölgesidir ve bu tür bir yapıya sahip üç boyutlu PC'leri, bir toplam oluşturmak için en uygun hale getirir. Spektrumdaki bant boşluğu. Aynı zamanda, bu tür PC'lerin spektrumlarında tam bant aralıklarının ortaya çıkması için büyük bir dielektrik sabiti kontrastı gereklidir. Göreceli yarık genişliğini olarak belirtirsek, o zaman 5\%" align=absmiddle"> değerlerini elde etmek için sırasıyla elmas ve fcc kafesler için kontrast gereklidir. Fotonik kristal spektrumlarındaki bant boşluklarını çeşitli uygulamalarda kullanmak için, Deneylerde elde edilen tüm PC'lerin kusurlu olduğu ve yapıdaki kusurların bant aralığını önemli ölçüde azaltabileceği akılda tutularak bant aralığının yeterince geniş yapılabilmesi gerekir.

Kübik yüz merkezli kafesin ilk Brillouin bölgesi ve yüksek simetriye sahip noktalar.

Sonuç olarak, bir katının bant yapısını ele alırken PC'lerin optik özelliklerinin kuantum mekaniğindeki elektronların özellikleriyle benzerliğine bir kez daha dikkat çekelim. Ancak fotonlarla elektronlar arasında önemli bir fark vardır: Elektronların birbirleriyle güçlü bir etkileşimi vardır. Bu nedenle, "elektronik" problemler, kural olarak, ihmal edilebilir doğrusal olmayan optik tepkiye sahip öğelerden oluşan bir PC'de, genellikle yeterince doğru olmayan yaklaşımların kullanılmasını zorlayan, sorunun boyutunu büyük ölçüde artıran çoklu elektron etkilerinin dikkate alınmasını gerektirir. , bu zorluk yoktur.

Modern optikte umut verici bir yön, fotonik kristallerin kullanıldığı radyasyon kontrolüdür. Özellikle, Sandia Labs, metalik fotonik kristallerin yakın kızılötesi bölgesinde yüksek emisyon seçiciliği elde etmek ve aynı zamanda orta kızılötesi bölgedeki emisyonu güçlü bir şekilde bastırmak için kütük yığınları fotonik kristallerini araştırıyor (<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.

Kirchhoff'un termal dengedeki radyasyon yasasına göre, gri bir cismin (veya yüzeyin) emisyonu onun soğurma kabiliyeti ile orantılıdır. Bu nedenle metal PC'lerin emisyon değerleri hakkında bilgi edinmek için absorpsiyon spektrumları incelenebilir. PC içeren görünür aralıkta (nm) yayan bir yapının yüksek seçiciliğini elde etmek için, görünür aralıkta emilimin yüksek olduğu ve IR'de bastırıldığı koşulların seçilmesi gerekir.

http çalışmalarımızda, tungsten elementli ve opal geometrili bir fotonik kristalin tüm geometrik parametreleri değiştiğinde absorpsiyon spektrumundaki değişimi ayrıntılı olarak analiz ettik: kafes periyodu, tungsten elementlerin boyutu, katman sayısı fotonik kristal örneği. Fotonik kristalde üretimi sırasında ortaya çıkan kusurların absorpsiyon spektrumu üzerindeki etkisine ilişkin bir analiz de gerçekleştirildi.

2014 G.

Fotonik kristaller

Fotonik kristaller (PC'ler), uzaydaki dielektrik sabitindeki periyodik değişimle karakterize edilen yapılardır. PC'lerin optik özellikleri, sürekli ortamın optik özelliklerinden çok farklıdır. Ortamın periyodikliği nedeniyle fotonik kristal içindeki radyasyonun yayılması, periyodik potansiyelin etkisi altındaki sıradan bir kristal içindeki elektronun hareketine benzer hale gelir. Sonuç olarak, fotonik kristallerdeki elektromanyetik dalgalar, sıradan kristallerdeki elektronların Bloch dalgalarına benzer bir bant spektrumuna ve koordinat bağımlılığına sahiptir. Belirli koşullar altında PC'lerin bant yapısında, doğal kristallerdeki yasaklı elektronik bantlara benzer şekilde boşluklar oluşur. Spesifik özelliklere (elementlerin malzemesi, boyutları ve kafes periyodu) bağlı olarak, hem polarizasyonu ve yönü ne olursa olsun radyasyonun yayılmasının imkansız olduğu tamamen yasak frekans bölgeleri ve dağıtımın olduğu kısmen yasak (durma bölgeleri) yalnızca seçilen yönlerde mümkündür.

Fotonik kristaller hem temel açıdan hem de çok sayıda uygulama açısından ilgi çekicidir. Fotonik kristallere dayanarak, optik filtreler, dalga kılavuzları (özellikle fiber optik iletişim hatlarında) ve termal radyasyonun kontrolüne izin veren cihazlar oluşturulmakta ve geliştirilmektedir; fotonik kristallere dayanarak azaltılmış pompa eşiğine sahip lazer tasarımları önerilmiştir.

Yansıma, iletim ve soğurma spektrumlarını değiştirmenin yanı sıra, metal-dielektrik fotonik kristaller belirli bir fotonik durum yoğunluğuna sahiptir. Değişen durum yoğunluğu, fotonik kristal içine yerleştirilen bir atom veya molekülün uyarılmış durumunun ömrünü önemli ölçüde etkileyebilir ve sonuç olarak lüminesansın karakterini değiştirebilir. Örneğin bir fotonik kristalde bulunan indikatör moleküldeki geçiş frekansı bant aralığına düşerse bu frekanstaki lüminesans bastırılacaktır.

FC'ler üç tipe ayrılır: tek boyutlu, iki boyutlu ve üç boyutlu.

Bir, iki ve üç boyutlu fotonik kristaller. Farklı renkler, farklı dielektrik sabitleri olan malzemelere karşılık gelir.

Farklı malzemelerden yapılmış alternatif katmanlara sahip FC'ler tek boyutludur.

Lazerde Bragg çok katmanlı ayna olarak kullanılan tek boyutlu bir bilgisayarın elektron görüntüsü.

İki boyutlu PC'ler daha çeşitli geometrilere sahip olabilir. Bunlar, örneğin, sonsuz uzunluktaki silindir dizilerini (enine boyutları uzunlamasına olandan çok daha küçüktür) veya periyodik silindirik delik sistemlerini içerir.

Üçgen kafesli iki boyutlu ileri ve ters fotonik kristallerin elektronik görüntüleri.

Üç boyutlu bilgisayarların yapıları çok çeşitlidir. Bu kategoride en yaygın olanı, yapay opal sıralı küresel difüzör sistemleridir. İki ana opal türü vardır: doğrudan ve ters opaller. Direkt opaldan ters opale geçiş, tüm küresel elemanların boşluklarla (genellikle hava) değiştirilmesiyle gerçekleştirilir, bu boşlukların arasındaki boşluk ise bir miktar malzeme ile doldurulur.

Aşağıda, kendi kendine organize olan küresel polistiren mikropartiküllere dayanan kübik kafesli düz bir opal olan PC'nin yüzeyi bulunmaktadır.

Kendi kendine organize olan küresel polistiren mikropartiküllere dayanan kübik kafesli bir PC'nin iç yüzeyi.

Aşağıdaki yapı, çok aşamalı bir kimyasal işlemin sonucu olarak sentezlenen ters bir opaldır: polimer küresel parçacıkların kendiliğinden birleşmesi, elde edilen malzemenin boşluklarının bir madde ile emprenye edilmesi ve polimer matrisinin kimyasal dağlama yoluyla çıkarılması.

Kuvars ters opal yüzeyi. Fotoğraf taramalı elektron mikroskobu kullanılarak elde edildi.

Üç boyutlu PC'lerin başka bir türü, genellikle dik açılarda kesişen dikdörtgen paralel borulardan oluşan kütük yığını tipi yapılardır.

Metal paralel borulardan yapılmış bir FC'nin elektronik fotoğrafı.

İyi çalışmanızı bilgi tabanına göndermek basittir. Aşağıdaki formu kullanın

Bilgi tabanını çalışmalarında ve çalışmalarında kullanan öğrenciler, lisansüstü öğrenciler, genç bilim insanları size çok minnettar olacaklardır.

Benzer belgeler

Yapısı uzaysal yönlerde kırılma indisinde periyodik bir değişiklik ile karakterize edilen malzemeler olarak fotonik kristallerin üretim sürecinin incelenmesi. Üretim yöntemleri: kendiliğinden oluşum, dağlama, holografi.

özet, 26.01.2011 eklendi


Sıvı kristal kavramının gelişim tarihi. Sıvı kristaller, çeşitleri ve temel özellikleri. Sıvı kristallerin optik aktiviteleri ve yapısal özellikleri. Frederick etkisi. LCD cihazların fiziksel çalışma prensibi. Optik mikrofon.

öğretici, 12/14/2010 eklendi


Atom ve moleküllerin dipol momentleri hakkında kısa bilgi. Seyreltilmiş düşük yoğunluklu bir gazın dielektrik sabiti. Polar moleküllerin seyreltilmiş gazı. Kendiliğinden polarizasyona sahip bir sistemin modeli. Fonksiyonel bir denklemin grafiksel çözümü.

özet, 20.03.2016 eklendi


Dielektriklerin polarizasyon derecesinin niceliksel bir değerlendirmesi olarak dielektrik sabiti kavramı. Bir gazın dielektrik sabitinin moleküllerinin yarıçapına ve birim hacim başına sayısına, sıvı polar olmayan dielektriklerin sıcaklık ve frekansa bağlılığı.

sunum, 28.07.2013 eklendi


Veri aktarım ortamı olarak optik fiber. Optik fiber tasarımı. Optik fiber parametreleri: geometrik, optik. Fotonik kristallere dayanan optik fiberler. Uzun mesafelerde büyük bilgi akışlarının iletilmesi.

özet, 03/03/2004 eklendi


Kristal yapı. Katı hal fiziğinin rolü, konusu ve görevleri. Kristal ve amorf cisimler. Kristal kafes çeşitleri. Kristallerdeki bağ türleri. Katıların kristal yapıları. Sıvı kristaller. Kristal kusurları.

ders, 03/13/2007 eklendi


Sıvı kristallerin keşif tarihçesi ve uygulama alanlarının göz önünde bulundurulması; smektik, nematik ve kolesterik olarak sınıflandırılmaları. Sıvı kristalli maddelerin optik, diyamanyetik, dielektrik ve akustik-optik özelliklerinin incelenmesi.

kurs çalışması, eklendi 06/18/2012


Kristal (uzaysal) kafes kavramı. Kristal yapı etkisi. Endüstriyel piezo filmlerin uygulama alanları. Ters piezoelektrik etki. Elektrik enerjisi üretmek için piezoelektrik kristallerin kullanılması.

kurs çalışması, eklendi 04/14/2014