Reja: Fotonik kristal

Fotonli kristallar. Fullerenlar.

Reja:
1.Fotonik kristal.

2.Manikyur uchun fotonik kristallar.
3.Fotonik kristallarning kelib chiqishi
xulosa
Adabiyotlar

So'nggi o'n yillikda mikroelektronikaning rivojlanishi sekinlashdi, chunki standart yarimo'tkazgichli qurilmalarning tezligi cheklanishiga deyarli erishilgan. Yarimo'tkazgichli elektronikaning muqobil sohalarini, masalan, spintronikani, o'ta o'tkazgichli mikroelektronikani, fotonikani va boshqalarni rivojlantirishga bag'ishlangan tadqiqotlar soni ortib bormoqda.

Ma'lumotni elektr signalidan ko'ra yorug'lik yordamida uzatish va qayta ishlashning yangi printsipi axborot asrining yangi bosqichining boshlanishini tezlashtirishi mumkin.

Oddiy kristallardan fotonikgacha

Kelajakdagi elektron qurilmalar uchun asos fotonik kristallar bo'lishi mumkin - bu sintetik buyurtma qilingan materiallar bo'lib, ularda dielektrik konstantasi strukturaning ichida vaqti -vaqti bilan o'zgarib turadi. An'anaviy yarimo'tkazgichning kristall panjarasida atomlarning joylashishining muntazamligi, davriyligi, ruxsat etilgan va taqiqlangan tasmalar bilan, energiya diapazoni deb ataladigan strukturaning paydo bo'lishiga olib keladi. Energiyasi ruxsat etilgan zonaga tushadigan elektron kristall bo'ylab harakatlanishi mumkin, taqiqlangan zonadagi energiyaga ega elektron esa "qulflangan" bo'lib chiqadi.

Oddiy kristallga o'xshab, fotonik kristall g'oyasi paydo bo'ldi. Unda dielektrik konstantasining davriyligi fotonik zonalarning, xususan, taqiqlangan zonalarning ko'rinishini belgilaydi, ular ichida ma'lum to'lqin uzunlikdagi yorug'likning tarqalishi bostiriladi. Ya'ni, elektromagnit nurlanishning keng spektriga shaffof bo'lgan fotonik kristallar tanlangan to'lqin uzunligi bilan nurni o'tkazmaydi (optik yo'l bo'ylab tuzilish davrining ikki barobariga teng).

Fotonik kristallar har xil o'lchamlarda bo'lishi mumkin. Bir o'lchovli (1D) kristallar-bu har xil sinish ko'rsatkichlariga ega o'zgaruvchan qatlamlarning ko'p qatlamli tuzilishi. Ikki o'lchovli fotonik kristallar (2D) har xil dielektrik konstantali tayoqlarning davriy tuzilishi sifatida ifodalanishi mumkin. Fotonik kristallarning birinchi sintetik prototiplari uch o'lchovli bo'lib, 90-yillarning boshlarida tadqiqot markazi xodimlari tomonidan yaratilgan. Qo'ng'iroq laboratoriyalari(AQSH). Dielektrik materialda davriy panjara olish uchun amerikalik olimlar silindrsimon teshiklarni uch o'lchovli bo'shliqlar tarmog'ini oladigan qilib burg'ulashdi. Material fotonik kristallga aylanishi uchun uning dielektrik doimiyligi har uch o'lchovda 1 santimetrlik davr bilan modulyatsiya qilingan.

Fotonik kristallarning tabiiy analoglari-qobiqlarning marvarid qoplamalari (1D), dengiz sichqonchasining antennalari, ko'p qirrali qurt (2D), Afrika yelkanli qayig'ining qanotlari va opal (3D) kabi yarim qimmatbaho toshlar.

Ammo bugungi kunda ham, elektron litografiya va anizotrop ionlarni zarb qilishning eng zamonaviy va qimmat usullari yordamida ham, qalinligi 10 dan ortiq strukturaviy hujayrali nuqsonsiz uch o'lchovli fotonik kristallarni ishlab chiqarish qiyin.

Fotonik kristallar fotonik integratsiyalashgan texnologiyalarda keng qo'llanilishi kerak, ular kelgusida kompyuterlarning elektr integral sxemalarini almashtiradi. Axborotni elektron o'rniga fotonlar yordamida uzatishda quvvat sarfi keskin kamayadi, soat chastotalari va ma'lumot uzatish tezligi oshadi.

Titan oksidi fotonik kristalli

Titan oksidi TiO2 yuqori sinish ko'rsatkichi, kimyoviy barqarorlik va past toksiklik kabi o'ziga xos xususiyatlarga ega, bu uni bir o'lchamli fotonik kristallarni yaratish uchun eng istiqbolli materialga aylantiradi. Agar quyosh xujayralari uchun fotonik kristallarni ko'rib chiqsak, titan oksidi uning yarimo'tkazgichlik xususiyatlaridan foyda oladi. Avvalroq, quyosh batareyalari samaradorligining oshishi fotonik kristalli davriy tuzilishga ega bo'lgan yarimo'tkazgichli qatlamdan, shu jumladan titan oksidi fotonik kristallaridan foydalanganda namoyon bo'lgan.

Ammo hozirgacha titan dioksidga asoslangan fotonik kristallardan foydalanish ularni yaratish uchun takrorlanadigan va arzon texnologiyaning yo'qligi bilan cheklangan.

Moskva davlat universitetining kimyo va materialshunoslik fakulteti xodimlari - Nina Sapoletova, Sergey Kushnir va Kirill Napolskiy gözenekli titan oksidi plyonkalari asosida bir o'lchamli fotonik kristallarning sintezini yaxshiladilar.

"Valfli metallarni, shu jumladan alyuminiy va titanni anodlash (elektrokimyoviy oksidlanish)-nanometr o'lchamli kanalli gözenekli oksidi plyonkalarini ishlab chiqarishning samarali usuli",-deb tushuntirdi elektrokimyoviy nano tuzilmalar guruhi boshlig'i, fan nomzodi Kirill Napolskiy.

Anodizatsiya odatda ikki elektrodli elektrokimyoviy kamerada amalga oshiriladi. Elektrolit eritmasiga ikkita metall plastinka - katod va anod tushiriladi va elektr kuchlanish qo'llaniladi. Vodorod katodda ajralib chiqadi va anodda metallning elektrokimyoviy oksidlanishi sodir bo'ladi. Agar hujayra uchun qo'llaniladigan kuchlanish vaqti -vaqti bilan o'zgarib tursa, u holda anodda ma'lum qalinlikdagi gözenekli plyonka hosil bo'ladi.

Teshik diametri strukturaning ichida vaqti -vaqti bilan o'zgarib tursa, samarali sinish ko'rsatkichi modulyatsiya qilinadi. Ilgari ishlab chiqilgan titaniumli anodlash texnikasi yuqori darajadagi konstruktiv davriylikdagi materiallarni olishga imkon bermadi. Moskva davlat universiteti kimyogarlari anodlash zaryadiga qarab kuchlanish modulyatsiyasi bilan metallni anodlashning yangi usulini ishlab chiqdilar, bu esa yuqori aniqlikdagi gözenekli anodli metal oksidlarini yaratish imkonini beradi. Kimyogarlar yangi texnikaning imkoniyatlarini anod titan oksididan olingan bir o'lchovli fotonik kristallar misolida namoyish etishdi.

Anodizatsiya kuchlanishini sinusoidal qonunga muvofiq 40-60 volt oralig'ida o'zgartirish natijasida, olimlar tashqi diametri doimiy va ichki diametri vaqti-vaqti bilan o'zgarib turadigan anod titan oksidi nanotubalarini olishdi (rasmga qarang).

"Ilgari ishlatilgan anodlash texnikasi yuqori darajadagi konstruktiv davriylikdagi materiallarni olish imkonini bermadi. Biz yangi texnikani ishlab chiqdik, uning asosiy komponenti joyida(to'g'ridan -to'g'ri sintez paytida) anodizatsiya zaryadini o'lchash, bu hosil bo'lgan oksidli plyonkada har xil gözenekli qatlamlarning qalinligini yuqori aniqlikda nazorat qilish imkonini beradi ”, - deb tushuntirdi ish mualliflaridan biri, kimyo fanlari nomzodi Sergey Kushnir.

Ishlab chiqilgan texnika anodli metall oksidi asosida modulyatsiyalangan tuzilishga ega yangi materiallarni yaratishni soddalashtiradi. "Agar biz quyosh xujayralarida anodli titan oksididan fotonik kristallardan foydalanishni texnikaning amaliy qo'llanilishi deb hisoblasak, bunday fotonik kristallarning strukturaviy parametrlarining quyosh xujayralarida yorug'lik konvertatsiyasining samaradorligiga ta'sirini tizimli o'rganish hali ham mavjud. amalga oshiriladi ", dedi Sergey Kushnir.

2

Kirish Qadim zamonlardan beri fotonik kristall topgan odamni kamalakli maxsus yorug'lik o'yini hayratga soladi. Aniqlanishicha, har xil hayvonlar va hasharotlarning tarozi va tuklarining irillasimon to'lib toshishi ularning aks ettirish xususiyatlari uchun fotonik kristallar deb nomlangan ustki tuzilmalarning mavjudligi bilan bog'liq. Fotonik kristallar tabiatda topiladi: minerallar (kalsit, labradorit, opal); kapalaklar qanotlarida; qo'ng'iz qobig'i; ba'zi hasharotlarning ko'zlari; suv o'tlari; chushuyka baliqlari; tovus patlari. 3

Fotonik kristallar - bu material, uning tuzilishi fazoviy yo'nalishdagi sinishi indeksining davriy o'zgarishi bilan alyuminiy oksidi asosidagi fotonik kristal. M. DEUBEL, G.V. FREYMANN, MARTIN WEGENER, SURESH PEREIRA, KURT BUSCH VA COSTAS M. SOUKOULIS "Telekommunikatsiya uchun uch o'lchovli fotonik-kristalli shablonlarni to'g'ridan-to'g'ri lazer bilan yozish" // Tabiat materiallari jildi. 3, P.

Biroz tarix ... 1887 yil Rayley birinchi marta bir o'lchovli fotonik kristalli fotonik kristallarga o'xshash davriy tuzilmalarda elektromagnit to'lqinlarning tarqalishini o'rgangan - bu atama 1980 -yillarning oxirida kiritilgan. yarimo'tkazgichlarning optik analogini ko'rsatish. Bular yarim shaffof dielektrikdan yasalgan sun'iy kristallar bo'lib, ularda havo "teshiklari" tartibli tarzda yaratilgan. 5

Fotonik kristallar-dunyo energetikasining kelajagi Yuqori haroratli fotonik kristallar nafaqat energiya manbai, balki o'ta yuqori sifatli detektorlar (energiya, kimyoviy) va sensorlar vazifasini ham bajarishi mumkin. Massachusets olimlari yaratgan fotonik kristallar volfram va tantalga asoslangan. Bu birikma juda yuqori haroratda qoniqarli ishlashga qodir. ˚S gacha. Fotonik kristal foydalanish uchun qulay bo'lgan bir turdagi energiyani boshqasiga aylantira boshlashi uchun har qanday manba (termal, radio nurlanish, qattiq nurlanish, quyosh nuri va boshqalar) mos keladi. 6

7

Fotonik kristalli elektromagnit to'lqinlarning tarqalish qonuni (kengaytirilgan zona diagrammasi). O'ng tomonda, kristallning ma'lum bir yo'nalishi uchun chastota o'rtasidagi bog'liqlik? va ReQ (qattiq egri chiziqlar) va ImQ (omega to'xtash zonasidagi chiziqli egri chiziq)

Fotonik tarmoqli bo'shliqlari nazariyasi Faqat 1987 yilda, Bell Communications Research kompaniyasi xodimi Eli Yablonovich (hozir Kaliforniya universiteti professori, Los -Anjeles) elektromagnit diapazonli bo'shliq tushunchasini kiritganida edi. Ufqni kengaytirish uchun: Eli Yablonovich yablonovich-uc-berkeley ma'ruzasi / ko'rish Jon Pendri Jon-Pendri-imperial-kollej ma'ruzasi / 9-ko'rish

Tabiatda fotonik kristallar ham uchraydi: Afrikaning suzib yuruvchi kapalaklar qanotlarida, galliotis, dengiz sichqonchasi antennalari va polixa qurt qurtining tuklari kabi mollyuskalar qobig'ining marvarid qoplamasi. Opal bilan bilaguzukning fotosurati. Opal - tabiiy fotonik kristal. U "aldamchi umidlar toshi" deb ataladi 10

11

"Sarlavha =" bo'yicha pigmentni isitish va fotokimyoviy yo'q qilish (! LANG: tirik organizmlar uchun yutilish mexanizmidan (yutish mexanizmi) ko'ra PK ga asoslangan filtrlarning afzalliklari: interferentsiya ranglanishi yorug'lik energiyasini yutilishi va tarqalishini talab qilmaydi, => yo'q pigmentni isitish va fotokimyoviy yo'q qilish" > 12 !} PK ga asoslangan filtrlarning tirik organizmlar uchun yutilish mexanizmidan (yutish mexanizmi) ustunligi: Interferentsiya ranglanishi yorug'lik energiyasini yutilishi va tarqalishini talab qilmaydi, => qizib ketmasligi va pigment qoplamining fotokimyoviy yo'q qilinishi. Issiq iqlim sharoitida yashaydigan kapalaklar qanotlarining iridescent shakliga ega va sirtdagi fotonik kristalning tuzilishi, nurning yutilishini va shuning uchun qanotlarning isishini kamaytiradi. Dengiz sichqonchasi fotonik kristallardan uzoq vaqt davomida amalda foydalangan. 12 pigment qoplamasining qizib ketishi va fotokimyoviy buzilishi yo'q "> pigment qoplamasining qizishi va fotokimyoviy buzilishi yo'q. Issiq iqlimda yashaydigan kapalaklarning yonib turuvchi qanotlari bor va yuzasida fotonik kristalning tuzilishi aniqlanganidek, yorug'lik yutilishini kamaytiradi va natijada qanotlarning isishi uzoq vaqtdan beri amalda fotonik kristallardan foydalanadi. tirik organizmlar uchun yutilish mexanizmi (yutish mexanizmi) ustidan PK bo'yicha: interferentsiya ranglanishi yorug'lik energiyasini yutish va tarqatishni talab qilmaydi, => qizib ketmaydi va pigmentni fotokimyoviy yo'q qiladi."> title="PK ga asoslangan filtrlarning tirik organizmlar uchun yutilish mexanizmidan (yutish mexanizmidan) ustunligi: Interferentsiya ranglanishi yorug'lik energiyasini yutish va tarqatishni talab qilmaydi, => qizib ketmaydi va pigment moddasini fotokimyoviy yo'q qiladi."> !}
Morpho didius-kamalak rangidagi kelebek va qanotining fotomikrografi, diffraktsion biologik mikroyapıya misol. Yorqin nurli tabiiy opal (yarim qimmatbaho tosh) va uning yaqin tuzilgan silikon dioksid sharlaridan tashkil topgan mikroyapısının tasviri. 13

Fotonik kristallarning tasnifi 1. Bir o'lchovli. Bunda sinish ko'rsatkichi vaqti -vaqti bilan rasmda ko'rsatilgandek bitta fazoviy yo'nalishda o'zgarib turadi. Bu rasmda the belgisi sinish indeksining o'zgarishi davrini va ikkita materialning sinish ko'rsatkichlarini bildiradi (lekin umuman olganda, har qanday miqdordagi materiallar bo'lishi mumkin). Bunday fotonik kristallar har xil sinishi indekslari bilan bir -biriga parallel bo'lgan har xil materiallarning qatlamlaridan iborat bo'lib, ularning xususiyatlarini qatlamlarga perpendikulyar bo'lgan bir fazoviy yo'nalishda namoyon qilishi mumkin. o'n to'rt

2. Ikki o'lchovli. Bunda sinish ko'rsatkichi vaqti -vaqti bilan rasmda ko'rsatilgandek ikkita fazoviy yo'nalishda o'zgarib turadi. Bu rasmda n2 sinish ko'rsatkichi n2 bo'lgan muhitda bo'lgan n1 sinishi ko'rsatkichli to'rtburchaklar mintaqalar tomonidan fotonik kristall yaratilgan. Bu holda, sinishi indeksi n1 bo'lgan hududlar ikki o'lchovli kubikli panjara bo'yicha buyurtma qilinadi. Bunday fotonik kristallar o'z fazilatlarini ikkita fazoviy yo'nalishda namoyon qilishi mumkin va sinish ko'rsatkichi n1 bo'lgan mintaqalar shakli rasmdagi kabi to'rtburchaklar bilan chegaralanib qolmaydi, lekin o'zboshimchalik bilan bo'lishi mumkin (aylana, ellips, ixtiyoriy va boshqalar). Bu hududlar buyurtma qilingan kristall panjara, yuqoridagi rasmda bo'lgani kabi, faqat kubik emas, balki har xil bo'lishi mumkin. 15

3. Uch o'lchovli. Sinish ko'rsatkichi vaqti -vaqti bilan uchta fazoviy yo'nalishda o'zgarib turadi. Bunday fotonik kristallar o'z fazilatlarini uchta fazoviy yo'nalishda namoyon qilishi mumkin va ular uch o'lchovli kristall panjaraga joylashtirilgan volumetrik mintaqalar (sharlar, kublar va boshqalar) qatorida ifodalanishi mumkin. 16

Fotonik kristallarning qo'llanilishi Birinchi dastur - kanallarni spektral ajratish. Ko'p hollarda optik tolalar bo'ylab bir emas, balki bir nechta yorug'lik signallari o'tadi. Ba'zan ularni tartibga solish kerak - har birini alohida yo'lga yo'naltirish. Masalan - optik telefon kabeli, u orqali turli to'lqin uzunliklarida bir vaqtning o'zida bir nechta suhbatlar o'tadi. Fotonik kristall oqimdan kerakli to'lqin uzunligini "kesish" va uni kerakli joyga yo'naltirish uchun ideal. Ikkinchisi - yorug'lik oqimlari uchun xoch. Yorug'lik kanallarining jismoniy kesishishidagi o'zaro ta'siridan himoya qiladigan bunday qurilma, yengil kompyuter va yengil kompyuter chiplarini yaratishda mutlaqo zarurdir. 17

Telekommunikatsiyadagi fotonik kristall investitsiyalarga fotonik kristallarning tubdan yangi turdagi optik materiallar ekanligi va ularning porloq kelajagi borligi ma'lum bo'lganidan beri, ko'p yillar o'tmay, birinchi o'zgarishlar boshlandi. Optik diapazonli fotonik kristallarning rivojlanishini tijorat maqsadlarida ishlatish, ehtimol telekommunikatsiya sohasida ro'y beradi. o'n sakkiz — Источник: https://muegn.ru/uz/documents/fotonnyi-kristall-fotonnye-kristally-dlya-chainikov-proishozhdenie.html © muegn.ru