Un cristallo con una banda proibita fotonica 3D è un potente strumento per controllare la luce, con applicazioni per nuovi tipi di celle solari, sensori e laser in miniatura. Dentro un cristallo artificiale come questo, una gamma di lunghezze d'onda della luce è vietata. Fino ad ora, la regione caratteristica della lunghezza d'onda è determinata utilizzando modelli teorici. Questi modelli idealizzati hanno evidenti carenze. I ricercatori dell'Università di Twente (MESA+) hanno ora sviluppato un metodo completamente sperimentale per determinare il band gap, letteralmente rendendo visibile l'invisibile. Presentano i loro risultati in Optics Express , la rivista della Optical Society of America.

I cristalli fotonici aprono nuovi ed entusiasmanti modi di manipolare la luce usando il silicio. Questo materiale di per sé non è adatto per il controllo della luce, in quanto è trasparente per i colori della luce utilizzati nelle telecomunicazioni. I cristalli fotonici hanno una struttura speciale, impedendo il passaggio di una gamma di lunghezze d'onda, aggiungendo così il controllo della luce nel silicio e aprendo la possibilità di collegare elettronica e fotonica.

La creazione di questi cristalli con la "firma" desiderata è una questione di fabbricazione su scala nanometrica, portando a un pattern di pori che è perfettamente periodico. Ancora, qual'è il risultato? In che modo la dimensione dei pori e l'"intervallo proibito" corrispondono? La teoria e le simulazioni iniziano sempre con alcune ipotesi. È semplicemente impossibile includere tutti i disturbi di fabbricazione, Per esempio.

Gli scienziati dell'Università di Twente scelgono quindi un approccio completamente sperimentale, dando così un prezioso feedback al processo di progettazione e fabbricazione. Per questo, hanno fabbricato cristalli fotonici 3-D con una banda proibita nell'area della lunghezza d'onda tipicamente utilizzata nelle telecomunicazioni, dette anche strutture "a catasta di legna inversa". Illuminando la luce di un'ampia larghezza di banda e su molti angoli di incidenza, i ricercatori possono misurare la riflettività, identificare l'intervallo esatto che è vietato. Lo fanno per due polarizzazioni della luce in ingresso, perpendicolari tra loro. Per entrambe le polarizzazioni, la larghezza della banda proibita fotonica dovrebbe essere la stessa, che è confermato dalle misurazioni. I cristalli di alta qualità dovrebbero mostrare oltre il 90 percento di riflettività nella banda proibita, come confermato dagli esperimenti.

Utilizzando la nuova tecnica della sonda, i ricercatori possono valutare rapidamente la qualità di un cristallo fotonico, semplificando la messa a punto del processo di fabbricazione per applicazioni nuove e impegnative nell'optoelettronica e nella fotonica quantistica.