Kristal houdt zichtbaar licht gevangen
Hoe kunnen we een fotonisch kristal maken dat zichtbaar licht gevangen houdt? Met deze vraag heeft de Bulgaarse FOM-oio Krassimir Velikov zich de afgelopen vier jaar bezig gehouden. Hij verrichtte zijn promotieonderzoek bij professor Alfons van Blaaderen aan het Debye Instituut, Universiteit Utrecht.
Fotonische kristallen verstrooien lichtgolven met bepaalde frequenties zó, dat het licht zich in bepaalde richtingen niet voort kan planten. Het kristal vormt een zogenaamde 'bandgap' of 'stopband'. Er is sprake van een volledige bandgap als die de voortplanting van de lichtgolf in alle richtingen tegenhoudt. Met een fotonisch kristal kunnen we dus de voortplanting en spontane emissie van licht manipuleren. Toepassingen zijn te vinden in de informatie- en communicatietechnologie. Velikov ontwikkelde methodes om geordende kristallijne en ongeordende glasachtige fotonische structuren met een bandgap voor zichtbaar licht te maken.
Eén van de types colloïden, die hij gebruikte, bestaat uit een kern van zinksulfide, dat een hoge brekingsindex heeft, en een schil van siliciumdioxide, dat een lage brekingsindex heeft. De resulterende kristallen hebben een bandgap die breder is dan wanneer de colloïden bestaan uit één van deze twee materialen. Velikov ontwikkelde ook grote zilverdeeltjes en onderzocht de optische eigenschappen van de ontstane kristallen en glazen. Uit het onderzoek bleek dat zelfs amorfe metallo-diëlektrische materialen gebruikt kunnen worden voor manipulatie van de spontane emissie van licht. Tenslotte onderzocht Velikov de mogelijkheden om fotonische kristallen met complexe roosters en niet-sferische deeltjes te maken. Velikov liet zien dat je fotonische kristallen van elliptische deeltjes kunt maken door kristallen van bolvormige deeltjes met ionen met een hoge energie te bestralen.Velikov ontwikkelde verder een methode om een kristal te maken uit twee typen colloïden door deze laag voor laag op elkaar aan te brengen en gecontroleerd te drogen. Door grote met kleine deeltjes te combineren ontstond een nieuwe type kristalstructuur. Met de nieuwe droogmethode kunnen ook andere types kristallen uit colloïdale deeltjes gemaakt worden.