Illinoi Ülikooli teadlased on esmakordselt valmistanud optoelektrooniliselt aktiivse 3D fotoonilise kristalli. Teadusareng võib avada uued uksed päiksepaneelide, laserite- ja metamaterjalide maailmas.
Epitaksia viisil kasvatatud 3D fotooniline kristall-valgusdiood. Esimene omataoline.
Fotoonilised kristallid suudavad tänu ainulaadsetele füüsikalistele omadustele valgust manipuleerida seninägematutel viisidel. Nende kristallvõre on võimeline esile kutsuma ebatavalisi füüsikalisi nähtusi ja mõjutama footonite käitumist viisil, mida tavalised optilised materjalid ei suuda. Tegemist on põnevate materjalimaailma materjalidega, mille rakenduste hulka kuulvad muuhulgas laserid, päiksepaneelid, LED-id ja metamaterjalid.
Varasemad üritused 3D fotooniliste kristallide valmistamisel on päädinud materjaliga, mille on aktiivsus on vaid optiline. See tähendab, et need materjalid suudavad juhtida valgust, olles samas elektrooniliselt passiivsed. Optiliselt ja elektriliselt aktiivne materjal suudab muuta valgust elektriks ja vastupidi.
Optoelektrooniliselt aktiivse 3D fotoonilise kristalli valmistamise alusmaterjaliks on käsna meenutav tillukestest kerakestest koosnev vorm. Vorm täidetakse paljukasutatud pooljuhtmaterjali gallium-arseniidiga (GaAs) aurufaas-sadestamise teel.
Pilt illustreerib 3D fotoonilise kristalli kasvatamist epitaksia meetodil. Eptiaksia tähendab kristalli mingile pinnale aatomkiht-kihi haaval kasvatamist. Loe siit http://en.wikipedia.org/wiki/Epitaxy.
Gallium-arseniid kasvatatakse üksiku kristallina kiht kihi haaval, alt üles. Vastava protsessi nimi on epitaksia. Epitaksia on tööstuses sagedasti kasutatav kahemõõtmeliste kilede ja monokristall-pooljuhtide valmistamise meetod. Materjaliteaduse professori ja töö ühe autori Paul Brauni juhitud töörühm rakendas epitaksiat aga keerulisele 3D struktuurile.
Epitaksia meetodil valmistatud kristallil puuduvad paljud defektid, mis kaasnevad ülevalt-alla kasvatatavate materjalidega. Teinegi eelis on kihiliste heterostruktuuride (layered heterostructures) valmistamise lihtsus. Näiteks on võimalik valmistada fotoonilisse kristalli kvant-potentsiaalibarjäär, vahetades aurustatav GaAs hetkeliselt mõne muu aine või materjaliga.
Pooljuhiga täidetud vormist eraldatakse vormi moodustavad kerakesed, jättes alles keeruka poorse 3D pooljuhtmaterjalist struktuuri. Seejärel kaetakse terve moodustis õhukese kihi pooljuhtmaterjaliga, millel on laiem keelutsoon kui alusmaterjalil, et vältida elektronide rekombinatsiooni aluskristalli pinnal.
Nüüd töötab Brauni meeskond vormi kohandamisega erinevatele rakendustele. Valmistatud 3D fotooniline kristalne valgusdiood tõestab, et uudne lahendus on võimeline tootma töötavaid seadmeid. Valuvormi muutes on võimalik arendada päikesepaneelide tehnoloogiat, muuta metamaterjalide või kõrge efektiivsusega laserite kindlate lainepikkustega seotud omadusi.
Allikas: PhysOrg
Leave a Reply