Научные исследования и технические разработки
по физике. Новости, факты, люди, интервью. Теория и практика.
Каталог статей. Каталог ссылок. Форум. Научно-технические разработки.
Документация, библиотека.
Палата мер и весов. Работа
для физиков. Юмор, сатира, лирика.
Учёные смогли изменить структуру фотонных кристаллов
Исследователи из Института общей физики им. А. М. Прохорова РАН и Московского государственного технического университета радиотехники, электроники и автоматики развивают идеи по созданию фотонных кристаллов на основе сегнетоэлектриков. В работе, опубликованной в журнале «Физика твёрдого тела», они говорят о снижении продолжительности технологического цикла формирования подобных материалов и возможности их перестройки в процессе эксплуатации. В основе метода – селективное изменение поляризации доменов сегнетоэлектрика с помощью интерферирующих волновых пучков и однородного электрического поля.
Диэлектриками называются вещества, плохо проводящие электрический ток, а сегнетоэлектриками – диэлектрики, обладающие спонтанной поляризацией. С приложением определённого электрического поля направление поляризации в сегнетоэлектриках меняется, при этом с ростом температуры увеличивается их чувствительность к переключающему полю. Сегнетоэлектрики, в которых чередуются небольшие доменные области с противоположным направлением векторов поляризации, вполне можно причислить к фотонным кристаллам – материалам с периодическим изменением оптического показателя преломления в пространстве.
Фотонные кристаллы называют будущим современной электроники. Они могут использоваться для создания фокусирующих сред с отрицательным показателем преломления, сверхкомпактных волноводов, лазеров с низким порогом генерации энергии, оптических элементов памяти или дисплеев нового поколения. Однако существующие на данный момент методы получения этих элементов имеют два серьёзных недостатка – большую продолжительность технологического цикла формирования и неспособность к переключению структуры в процессе работы. Поэтому поиск новых, более совершенных способов создания фотонных кристаллов считается одним из важнейших направлений современной физики твёрдого тела.
Московские исследователи предложили метод, в значительной степени лишённый перечисленных выше недостатков. Суть его в том, что вначале сегнетоэлектрик облучается электромагнитными или акустическими волнами, которые, интерферируя, формируют в пространстве своеобразную решётку с повышенной температурой в её узлах. Поэтому после включения внешнего электрического поля часть узловых доменов меняет направление поляризации. В результате после снятия поля остаётся образец сегнетоэлектрика с чередующимися в пространстве областями различной поляризации, а значит, и различных показателей оптического преломления.
Длительность импульсов формирования температурной решётки и записи чрезвычайно мала – не более десятков микросекунд. Поэтому можно говорить о значительном снижении продолжительности технологического цикла изготовления фотонного кристалла. При этом период температурной решётки, определяющийся интерференционной картиной, можно легко поменять уже в процессе эксплуатации образцов – задать частоту взаимодействующих волн, скорость их распространения или угол падения на плоскость кристалла сегнетоэлектрика. Описанная методика применима к кристаллам ниобата лития (LiNbO3), титанилфосфата калия (KTiOPO4) и некоторым другим сегнетоэлектрикам.
Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант № 10-07-00078).
