Разработан новый метод для анализа структуры фотонного кристалла

Новая технология, разработанная учеными из Массачусетского технологического института, позволила увидеть фотонные кристаллы изнутри.

Фотонные кристаллы — это искусственные материалы, чьи экзотические оптические свойства являются предметом разных исследований.

Сделаны фотонные кристаллы путем сверления миллионов близко расположенных друг к другу отверстий в плитке прозрачного материала, с использованием методов производства микрочипов.

В зависимости от положения, размера и расстояния между отверстиями кристаллы могут демонстрировать различные оптические свойства, в том числе суперлинзирование — увеличение за теоретическими пределами, и отрицательную рефракцию, при которой свет отклоняется в сторону, противоположную его прохождению сквозь прозрачные материалы.

Чтобы точно понять движение света через фотонный кристалл, требуется множество сложных расчетов. Часто ученые применяют упрощенные подходы, например, могут учесть прохождение света в одном направлении или одного цвета.

Новый же метод собирает данные всего спектра. Причем образец достаточно сфотографировать и исследовать, без проведения расчетов.

Результаты опубликованы в издании Science.

Подробности исследования

Открытие стало возможным благодаря тщательному анализу давно знакомого ученым феномена, происхождение которого оставалось неясным.

Когда образцы фотонных материалов освещали лазером, то наблюдались узоры рассеянного свечения, и само это рассеяние казалось удивительным, поскольку кристаллическая структура была почти идеальной.

— Каждый раз, когда мы проводили измерения, мы видели этот узор, но не понимали, как он формируется, сообщил постдок Бо Чжэнь.

Результаты наблюдения все же помогли корректно настроить экспериментальную установку, и после тщательного анализа ученые поняли, что узоры получались благодаря крошечным дефектам кристалла — отверстиям не идеально круглой формы.

— Дефекты наблюдались даже в самых лучших образцах, заметила Эмма Реган. — Мы полагали, что рассеивание будет весьма незначительным, поскольку образец почти идеален, однако под определенными углами и с определенными частотами свет рассеивается очень сильно, в объеме до 50%.

Открытие позволит изготавливать, например, большие прозрачные экраны, сквозь которые свет будет проходить словно через оконное стекло, но некоторые частоты будут рассеиваться для получения четкого изображения.