Leiti ideaalne footonkristall — põrnikalt

Uurijad leidsid Brasiilias põrnikaliigi, millel on haruldane omadus — see peegeldab peaaegu iga nurga alt vaid küütlevat rohelist valgust. Põrnika soomuste struktuuri uurides avastasid Utah’ Ülikooli teadurid nähtavale valgusele ideaalse footonkristall-struktuuri — materjali, millesarnast optikud on aastaid jahtinud.

Kolmemõõtmelistest perioodilistest struktuuridest, mida nimetatakse footonkristallideks, võib olla kasu footonite suunamisel ja ohjamisel; nähtavatel sagedustel töötavaid footonkristalle saaks kasutada tõhusamate päikese-elementide, elektroonilise side vahendite, andurite ja isegi optiliste arvutikiipide arendamiseks, kirjutab Technology Review.

Just teemandipõhist struktuuri peetakse nähtava valguse juures kõige tõhusamaks kolmemõõtmeliseks footonkristalliks, kuna see võib peegeldada laia sagedusriba värve ning on äärmiselt peegeldusvõimeline. Väiksemad valguskaod tähendavad, et uurijail õnnestub footoneid paremini kontrollida ja manipuleerida.

Nähtavat valgust juhtivaid footonkristalle on teadlastel olnud keeruline kohastest materjalidest valmistada, kuna struktuuri perioodilisus peab nii lühikeste lainepikkuste haldamiseks olema väga väike. On konstrueeritud ühe- ja kahemõõtmelisi footonkristalle nähtavale valgusele, nagu ka kolmemõõtmeline teemantstruktuur pikematele infrapuna-lainepikkustele. Teemantstruktuuri, mis peegeldaks nähtavat valgust iga nurga all kõigile polarisatsioonidele, pole seni valmistatud. Põrnika soomuste uurimine võib aga anda uusi vihjeid, kuidas seesugust ruumilist footonkristalli konstrueerida

Utah’ Ülikooli professor Michael Bartl ja aspirant Jeremy Galusha koos kolleegidega kasutasid Lamprocyphus augustuse soomuste leidmiseks ja modelleerimiseks üliõhukese viilutamise tehnoloogiat. Iga soomus läbimõõduga 100 mikromeetrit ja paksusega 15–20 mikromeetrit sisaldab kolmemõõtmelist footonstruktuuri. Struktuur sarnaneb skeemile, mille alusel süsinikuaatomid teemandis paigutuvad, koosnedes kristallvõrest, millel on umbes 300-nanomeetrine korduv perioodiline üksusstruktuur, kinnitab Bartl. Soomuse sees paikneb teemantvõre eri nurkade all, mis põhjustabki putuka spetsiifilise küütlemise.

Teemantstruktuuriga footonkristallid on ühed raskeminivalmistatavad, väidab Georgia Tehnoloogiainstituudi professor Zhong Lin Wang. “Bioloogiat malliks võttes näitab see uurimus, kuidas oleks inimesel võimalik koostada hoolikalt kavandatud optiliste omadustega teemant-footonkristalle,” ütleb ta.

Putuka enda soomuseid mingil praktilisel eesmärgil rakendada ei saa, kuna kitiin materjalina on liiga habras ja vähejuhtiv. Teadurite rühm tegeleb põrnikasoomuste vormimisega pooljuhist. “Edu on käegakatsutav,” kinnitab Bartl. Lisaks põrnikastruktuuri kasutamisele vormina uurib ta koos kolleegidega ka seda, kuidas põrnikas ise struktuuri toodab, lootes protsessi matkides koostada kunstlikke teemant-footonstruktuure.

Footonkristallide rakendused on seni “piirdunud enam-vähem infrapuna-spektriga,” väidab Massachusettsi Tehnoloogiainstituudi teadur Ayman Abouraddy. “Me teame juba, et teemantstruktuur on kasulik, me lihtsalt ei tea, kuidas seda tõhusalt valmistada. Tõik, et põrnikas suudab lihtsa ja räpase keemilise sünteesi abil koostada märkimisväärselt puhast struktuuri, on üllatav.”

Tõlkinud Mart Kalvet