Практический интерес представляют не сами синтетические опалы, а структуры, в которых поры опала заполнены оксидом ванадия или другим веществом. Такие структуры могут, к примеру, управлять световыми потоками, и лежат в основе электрооптических модуляторов и переключателей. Изучение свойств синтетического опала позволяет получать на его основе более сложные структуры с заданными свойствами.
Учёные из Физико-технического института им. А. Ф. Иоффе РАН предложили принципиально новый метод изучения свойств синтетического опала. Работа, выполненная при поддержке РФФИ и правительства Санкт-Петербурга, опубликована в журнале «Физика твёрдого тела».
В своей работе учёные использовали дифракционный метод, который позволяет изучить строение вещества с помощью явления дифракции. Дифракция – это особенность прохождения волн через вещество, отклонение или изменение направления и поляризации света, проходящего через объект. Дифракционный метод позволил одновременно получать не только спектральную картину, но и геометрическую информацию о рассеянии света на синтетическом опале.
«Существует много способов описать фотонные кристаллы, в нашем случае синтетический опал. Например, спектрометрия – изучение пропускания или отражения света. Но спектрометрия не могла дать полной информации о направлении рассеяния света, проходящего через опал, – рассказывает Антон Самусев, один из авторов работы. – Дифракционный метод позволил нам получить полную картину».
В работе учёными исследовались опаловые плёнки, шестислойные синтетические опалы, которые создаются в Санкт-Петербурге. В качестве источника света использовалась лампа мощностью 7 Вт, пучок света формировался с помощью линзы и диафрагмы. Картины, которые появлялись на экране вокруг образца, фотографировались камерой Olympus C-2040z. Затем полученные фотографии объединялись в общую картину – непосредственный источник информации о свойствах опала. Результаты эксперимента полностью совпали с расчётом, проведённым для структуры такой толщины.
Результаты эксперимента (на рисунке слева), совмещённые с расчётами: численным (в центре) и аналитическим (справа). Иллюстрация предоставлена авторами исследования «Мы, конечно, не первые, кто предложил использовать дифракцию как способ изучения синтетических опалов. Новизна нашей идеи заключалась в том, что в качестве экрана, на котором мы видели свет, мы использовали не просто плоскость, а цилиндр», – отметил Самусев.
Благодаря использованию цилиндра, а также тому, что авторы работы вращали образец, они получили 200 фотографий. Общая картина после объединения снимков содержала полную и достаточную информацию о структуре и свойствах синтетического опала.
Слева на картинке – цилиндр-экран, сделанный из матовой бумаги с нанесённой шкалой, обрамляющей стеклянную химическую колбу (вид сверху). Справа – результат эксперимента в развёрнутом виде в зависимости от угла поворота синтетического опала. Иллюстрация предоставлена авторами исследования Ссылаясь на полученные результаты и их соответствие расчётам, учёные утверждают, что предложенный ими дифракционный метод позволит изучать любую структуру, с которой взаимодействует свет.
Источник информации:
А. К. Самусев, К. Б. Самусев, М. В. Рыбин, М. Ф. Лимонов, Е. Ю. Трофимова, Д. А. Курдюков, В. Г. Голубев «Двумерная дифракция света на тонких опаловых плёнках». Физика твёрдого тела, т. 53, вып. 5, 2011 год.
