Дослідники з Університету Іллінойсу продемонстрували перший оптоелектронний активний тривимірний фотонний кристал, який може відкрити нові можливості в розробці сонячних батарей, лазерів, метаматеріалів і безлічі інших високотехнологічних пристроїв.

Американським ученим вдалося знайти спосіб змінити тривимірну структуру напівпровідникового матеріалу і надати їй нові, оптичні властивості, зберігши електричні.

Фотонні кристали являють собою матеріали, які можуть керувати світлом завдяки своїй унікальній фізичній структурі. Фотонні кристали можуть демонструвати незвичайні явища, вони можуть впливати на фотони і дозволяють створювати пристрої, які неможливі при використанні традиційних оптичних матеріалів. Фотонні кристали широко застосовуються в лазерах, сонячних батареях, світлодіодах і безлічі інших пристроїв.

Тим не менше, всі попередні спроби створення фотонних кристалів приводили до появи оптично активних матеріалів, які могли керувати світлом, але не мали електричних властивостей, наприклад не могли перетворити електрику в світ або навпаки.

Фотонний кристал вчених Університету Іллінойсу володіє такими властивостями: він має унікальні оптичні властивості і при цьому має властивості електричні.

Новий фотонний кристал створений за допомогою технології епітаксії – пошарового вирощування монокристала. Зазвичай вона широко застосовується в промисловості для створення двовимірних плівок напівпровідників, але групі вчених вдалося знайти спосіб використовувати її для вирощування складних тривимірних структур.

Для цього вчені зробили шаблон з щільно упакованих крихітних сфер, який помістили в арсенід галію, що заповнив прогалини між ними. Зазвичай арсенід галію росте у вигляді плівки знизу вверх, але в даному випадку по мірі зростання йому довелося заповнювати порожнини в шаблоні, формуючи тривимірний кристал. Як тільки шаблон заповнився, дослідники видалили сфери, в результаті чого сформувалася пориста тривимірна структура монокристалічного напівпровідника. Потім вони покрили всю структуру тонким шаром напівпровідника з більш широкою забороненою зоною для підвищення продуктивності та запобігання поверхневої рекомбінації. Для перевірки нової технології, учені створили і успішно випробували тривимірний світлодіодний кристал.

Нова технологія дозволяє уникнути безлічі дефектів, які неминучі при використанні інших традиційних методів створення тривимірних фотонних структур.

В даний час ведеться робота по оптимізації структури для конкретних додатків: світлодіодів, напівпровідникових матеріалів, сонячних панелейїй, метаматеріалів і нізкопорогових лазерів.

За матеріалами: rnd.cnews

Tweet