ENGINEERINGNET.BE - Fotonische kristallen hebben een regelmatig patroon van nanoporiën die in silicium zijn geëtst. Ze zijn zodanig te ontwerpen dat ze een bepaald kleurbereik van licht perfect weerspiegelen.
Binnenin het kristal is licht van die kleuren dan ‘verboden’, als gevolg van destructieve interferentie: alle lichtgolven heffen elkaar. Zelfs als je een atoom binnenin het kristal zou plaatsen dat die kleur licht van nature uitzendt, zal het stoppen met het uitzenden van licht. De begrenzing ligt vast in de zogenaamde Bragg-lengte, volgens een bekende wet uit de natuurkunde.
Het verboden gebied maakt dat fotonische kristallen hightech spiegels zijn voor een bepaald kleurbereik. Het ‘verboden gebied’ blijkt ook aantrekkelijk bij de ontwikkeling van miniatuurlasers, zonnecellen, en lichtchips.
Onderzoekers hebben nu aangetoond dat licht verder kan doordringen in het fotonisch kristal, veel dieper dan de Bragg-lengte voorschrijft.
Dit doen zij door rekening te houden met minuscule imperfecties die onvermijdelijk optreden bij het fabriceren van nanostructuren. En door gebruik te maken van vooraf geprogrammeerde lichtgolven. Die imperfecties maken dat de golven willekeurig worden verstrooid in het kristal.
De onderzoekers weten het licht nu zo te programmeren dat elke locatie in het fotonisch kristal naar keuze is te bereiken. Ze laten zelfs zien dat een heel heldere lichtspot ontstaat diep in het kristal, op vijfmaal de Bragg-lengte. De lichtsterkte is daar 100 maal versterkt, terwijl het daar normaal 100 tot 1.000 maal verzwakt zou zijn.
Dit opmerkelijke effect is te benutten om bijvoorbeeld stabiele quantum bits te maken voor een quantumcomputer die werkt met licht. Doordat licht veel dieper het kristal indringt, kunnen in potentie véél meer qubits worden geadresseerd. Ook voor miniatuur lichtbronnen, lasers en fotonische circuits op een chip is het ‘verboden effect’ zeer gunstig.
