Работа - победитель конкурса 2006 г. на соискание премии в области химии твердого тела и наноматериалов им. чл.-корр РАН Н.Н.Олейникова Полный текст работы и более подробная информация о конкурсе доступна на сайте ФНМ Фотонные кристаллы на основе электрохромного оксида вольфрама (VI)
Вера Владимировна Абрамова, 3 курс ФНМ МГУ
Научный руководитель: асп. ФНМ МГУ А.С. Синицкий
В последнее время все большее внимание исследователей привлекают оптические материалы с искусственными периодическими структурами субмикронного масштаба – фотонные кристаллы. Пространственная модуляция коэффициента преломления обуславливает запрет на распространение в объеме материала излучения с длиной волны, сопоставимой с периодом структуры фотонного кристалла вследствие брэгговской дифракции. Указанное явление приводит к появлению в фотонном энергетическом спектре материала т.н. фотонных запрещенных зон, в результате чего фотонные кристаллы часто рассматриваются в качестве оптических аналогов электронных полупроводников. Наличие фотонной запрещенной зоны обуславливает эффект локализации света, что позволяет осуществлять контроль спонтанного излучения внутри фотонного кристалла и открывает путь к созданию низкопороговых лазерных излучателей для видимого и ближнего инфракрасного диапазонов. Кроме того, использование фотонных кристаллов при конструировании телекоммуникационных систем может привести к снижению коэффициента затухания оптических волокон и созданию сверхбыстрых полностью оптических переключателей потоков информации, не имеющие мировых аналогов. Для получения необходимых фотонно-кристаллических свойств, весьма перспективными считаются синтетические опалы и материалы на их основе. Это обусловлено как отсутствием фундаментальных ограничений на размеры образцов, так и возможностью контролируемого изменения их оптических свойств. С точки зрения материаловедения, опаловые матрицы представляют собой материалы, образованные сферическими частицами, упакованными в виде плотнейшей шаровой упаковки. Важно отметить, что для создания реальных устройств на основе фотонных кристаллов особый интерес представляют опалы, в которых уникальныеоптические характеристики совмещены с другими полезными свойствами (люминесцентными, магнитными, электрическими и др.). В этой связи опаловые матрицы привлекают внимание возможностью их легкой химической модификации с целью создания новых функциональных материалов. Целью настоящей работы был синтез и изучение многофункциональных фотонных кристаллов. Основным объектом исследования были материалы на основе электрохромного оксида вольфрама (IV), хотя в работе также рассмотрена возможность получения фотонных кристаллов на основе других веществ. Работа состояла из нескольких этапов. Сначала были получены покрытия на основе гидратированного мезопористого оксида вольфрама с различным содержанием воды и различной пористостью поверхности, исследованы их электрохромные свойства и подобран оптимальный метод синтеза покрытий – из водно-спиртового коллоидного раствора WO3 с последующим отжигом в течение 3 ч при 450 оС (эффективность окрашивания – 24,3 см2/Кл). Затем были созданы фотонные кристаллы TiO2 (анатаз), на которых была отработана методика синтеза инвертированных опалов. Были исследованы оптические свойства фотонных кристаллов TiO2 – показано наличие фотонной запрещенной зоны, соответствующей дифракции на семействе плоскостей (111), в широком диапазоне углов. Из полученных зависимостей было рассчитано значение коэффициента преломления вещества, образующего фотонный кристалл, совпавшее с литературными данными для анатаза. Наконец, были синтезированы инвертированные фотонные кристаллы WO3, исследованы их оптические свойства (фотонная запрещенная зона (111)), показана возможность характеристики качества структуры при помощи лазерной дифракции, рассмотрено электрохромное переключение – смещение положения фотонной запрещенной зоны при интеркаляции – деинтеркаляции протонов при приложении напряжения.
Фотонный кристалл на Википедии
