Коллоидные кристаллы привлекают огромное внимание исследователей в связи с возможностью их использования в качестве фотонных кристаллов (ФК), материалов с пространственно-периодическим изменением диэлектрической проницаемости на масштабах длин волн того или иного вида излучения. Основным свойством ФК является наличие в спектрах их собственных электромагнитных состояний фотонных запрещенных зон (ФЗЗ) - спектральных областей, в пределах которых распространение электромагнитного излучения подавлено во всех или в некоторых кристаллографических направлениях фотонного кристалла. Часто ФК рассматривают как оптические аналоги полупроводниковых материалов. В настоящее время интерес к фотонным кристаллам, в особенности для видимого и ближнего инфракрасного диапазонов, связан с множеством перспективных практических применений (создание лазеров с низким порогом генерации, светоизлучающих элементов с высоким КПД, а также оптических логических элементов).
На рис. 1 приведены дифракционные картины для пленки коллоидного кристалла, состоящего из плотноупакованных сферических частиц из полиметилметакрилата диаметром 400 нм (длина волны рентгеновского излучения 0.8 Å). Угол падения отсчитывается от нормали к поверхности пленки. Дифракционный эксперимент проведен в геометрии «на пропускание».
Чему равен дифракционный угол 2Θ для первого дифракционного максимума? (1 балл)
Проиндицируйте все рефлексы на приведенных дифракционных картинах. (2 балла)
Какова структура изученного коллоидного кристалла (исходя из дифракционных данных)? (3 балла)
Есть ли на данных дифрактограммах особенности, не свойственные монокристаллам? Если да, то каковы они и с чем они связаны? (2 балла)
Почему интенсивность дифракционного максимума, обозначенного цифрой 1 на рис. 1Б во много раз меньше, чем интенсивность отражения под номером 2 на том же рисунке? Ответ подтвердите расчетом. (2 балла)
Попробуйте нарисовать спектр пропускания такой пленки, расположенной на подложке из ITO (стекло с тонким проводящим слоем из индий-оловянного оксида), в диапазоне от 200 до 3000 нм при нормальном падении света на образец. Рассчитайте положения наиболее значимых особенностей на данном спектре. (4 балла)
Как будет изменяться положение наиболее интенсивного минимума в спектре пропускания при изменении угла падения света на образец от 0 до 60 градусов? Ответ подтвердите расчетами. (2 балла)
Условия задачи можно скачать в виде файла.