Ontdekking: zeer dunne fotonische kristallen zijn nog functioneel

Een internationaal onderzoeksteam, met onder meer University of Tokyo en UTwente, ontdekte dat ook zeer dunne 3D fotonische kristallen krachtige apparaten zijn om de lichtstroom te sturen.

Trefwoorden: #fotonisch, #galliumarsenide, #golflengte, #halfgeleider, #kristal, #Kyoto Institute of Technology, #micron, #nanometer, #reflectie, #University of Electro-Communications in Tokyo, #University of Tokyo, #UTwente, #wafer

Lees verder

research

( Foto: UTwente )

ENGINEERINGNET.BE - Fotonische kristallen zijn de nanostructuren die fotonen kunnen manipuleren door middel van een zogenaamde ‘energy gap’, vergelijkbaar met de manier waarop halfgeleiders in computerchips elektronische stroom manipuleren.

Lang werd gedacht dat fotonische kristallen vrij dik moeten zijn om functioneel te zijn. Wetenschappers van de University of Tokyo, de University of Electro-Communications in Tokyo, de Kyoto Institute of Technology, het Institute for Nano Quantum Information Electronics en de Universiteit Twente ontdekten dat zelfs zeer dunne 3D fotonische kristallen krachtige apparaten zijn om de lichtstroom te sturen.

Deze inzichten leiden tot ontwerpregels voor nieuwe opto-elektronische apparaten voor efficiënte telecommunicatie en computers, en dunne zonnecellen.

"We bestudeerden zorgvuldig geassembleerde fotonische kristallen met de zogenaamde houtstapelstructuur", zegt dr. Takeyoshi Tajiri van de University of Electro-Communications in Japan.

"Onze kristallen bestaan uit een gestapelde reeks van staven in twee loodrechte richtingen in een halfgeleiderwafer zoals galliumarsenide. De kristalstructuur is geïnspireerd op diamanten edelstenen."

Deze geavanceerde methode maakt het gemakkelijk om dunne structuren te maken van slechts enkele lagen dik, tussen een paar honderd nanometer en ongeveer een micron.

Metingen van UTwente toonden aan dat de dunne diamantachtige fotonische kristallen erg goed functioneren: alle kristallen vertoonden zowel een hoog reflectievermogen als brede pieken. Opmerkelijk is dat dit zelfs bij het dunste kristal het geval was.

Het is voor het gereflecteerde licht verboden om de kristallen binnen te dringen over een aanzienlijk bereik van golflengten, ook wel verboden zone genoemd. In de nieuwe kristallen is de situatie nog extremer, omdat het licht niet in alle richtingen tegelijk mag bewegen.

Tajiri: "De snelle vorming van de verboden zone in onze kristallen is opmerkelijk omdat eerdere 3D-kristallen dik moesten zijn om een zone te laten ontstaan."

Prof. Iwamoto, verbonden aan het Institute for Nano Quantum Information Electronics en leider van het Japanse team, zegt: "Onze ontdekking dat zelfs dunne fotonische kristallen krachtige apparaten zijn, betekent dat we veel fabricagetijd en middelen kunnen besparen."