28. Mai 2020 (
Nanowerk-Neuigkeiten) Photonische Kristalle sind die Nanostrukturen, die Photonen mittels einer Energielücke manipulieren können, ähnlich wie Halbleiter in Computerchips elektronischen Strom manipulieren. Es wurde immer angenommen, dass photonische Kristalle dick und sperrig sein sollten, um funktionsfähig zu sein. Wissenschaftler der Universität Tokio, der Universität für Elektrokommunikation in Tokio, des Kyoto Institute of Technology und der Universität Twente entdeckten, dass selbst sehr dünne 3D-Kristalle mit photonischer Bandlücke leistungsstarke Geräte sind, um den Lichtfluss stark zu kontrollieren. Die neuen Erkenntnisse führen zu Designregeln für neue optoelektronische Geräte für effiziente Telekommunikation und Computer sowie dünne Solarzellen. Das resultierende Papier wird in der Zeitschrift erscheinen
Körperliche Überprüfung B. (
„Reflexionsvermögen endlicher 3D GaAs photonischer Bandlückenkristalle“), das von der American Physical Society herausgegeben wird.
Abbildung 1. Cartoon der photonischen Kristallstruktur eines Holzstapels, die eine ähnliche Struktur wie ein Diamantkristall (Einschub) hat, aber tausendfach vergrößert. (Bild mit freundlicher Genehmigung der Forscher) „Wir haben sorgfältig zusammengesetzte photonische Kristalle mit der sogenannten Woodpile-Struktur untersucht“, sagt Erstautor Dr. Tajiri (siehe Abb. 1). „Unsere Kristalle bestehen aus einer gestapelten Anordnung von Stäben in zwei senkrechten Richtungen in einem Halbleiterwafer wie Galliumarsenid. Die Kristallstruktur ist von Diamant-Edelsteinen inspiriert.“ Das fortschrittliche Verfahren ermöglicht bequem die Herstellung dünner Strukturen mit einer Dicke von nur wenigen Schichten zwischen einigen hundert Nanometern und etwa einem Mikrometer.
Japanisch-Niederländische Zusammenarbeit
Um ihre neuen Kristalle zu untersuchen, beschloss das japanisch-niederländische Team, die Reflektivitätsspektren zu messen. Daher wurden sie nach der Herstellung in Japan für mikroskopische Messungen nach Twente verschifft. Die Spektren zeigten, dass die dünnen diamantartigen photonischen Kristalle bemerkenswert gut funktionieren: Alle Kristalle zeigten sowohl ein hohes Reflexionsvermögen als auch breite Peaks. Bemerkenswerterweise trat dies sogar beim dünnsten Kristall auf. Das reflektierte Licht darf über einen beträchtlichen Wellenlängenbereich, auch als verbotene Lücke bekannt, in Kristalle eindringen. Bei den japanisch-niederländischen Kristallen ist die Situation noch radikaler, da es dem Licht verboten ist, gleichzeitig in alle Richtungen zu wandern. Dr. Tajiri erklärt: „Die schnelle Bildung der verbotenen Lücke in unseren Kristallen ist bemerkenswert, weil frühere 3D-Kristalle eine große Dicke benötigten, damit eine Lücke entsteht.“
Mögliche Anwendungen
Prof. Iwamoto, Leiter des japanischen Teams, sagt: „Unsere Entdeckung, dass selbst dünne photonische Kristalle leistungsstarke Geräte sind, bedeutet, dass wir beträchtliche Herstellungszeit und Ressourcen sparen können.“ Und Prof. Vos, Leiter des niederländischen Teams, schwärmt: „Das Ergebnis, dass selbst dünne Strukturen voll funktionsfähig sind, ist eine großartige Nachricht für Anwendungen in der Photovoltaik. Hier suchen Wissenschaftler nach dünnen Breitband-Rückreflektoren, um die Leistung von dünnen Solarzellen zu verbessern.“
Das Team
Die Forschung wurde durchgeführt von Dr. Takeyoshi Tajiri von der University of Electro-Communications, Chofu in Tokio, Japan, Dr. Shun Takahashi vom Kyoto Institute of Technology, Prof. Yasuhiko Arakawa vom Institute for Nano Quantum Information Electronics, Prof. Satoshi Iwamoto vom Institute of Industrial Science und dem Research Center for Advanced Science and Technology der University of Tokyo sowie Cornelis Harteveld BSc und Prof. Willem Vos vom MESA+ Institute for Nanotechnology, University of Twente. Das Forschungsprojekt wird unterstützt von der Japan Society for the Promotion of Science, KAKENHI, der Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek; und MESA+ Sektion Angewandte Nanophotonik.
Quelle: https://feeds.nanowerk.com/~/625408552/0/nanowerk/agwb~Photonic-crystals-even-thin-is-functional.php
