Hollantilaisen Twenten yliopiston tutkijat kehittivät vuonna 2014 erityisen kolmiulotteisen nanokaviteetin, johon voi vangita fotoneja. Fotonien rajoittaminen tällaisessa kolmiulotteisessa ontelossa voi johtaa pieniin ja tehokkaisiin lasereihin ja ledivaloihin tai informaation tallentamiseen tai ultraherkkiin valoantureihin.
Valon loukuttamistekniikat ovat fotoniikan perusteita. Laserontelossa kahden peilin väliin muodostuu seisova aalto tietystä valon väristä riippuen peilien välisestä etäisyydestä. Sivusuuntainen valo jää kuitenkin hyödyntämättä.
Twenteläistutkijat osoittivat, että fotoneja voidaan vangita kolmiulotteisesti. Huokosista koostuvat fotonikiteet on syövytetty syvälle piihin kahdessa suunnassa, kohtisuoraan toisiinsa. Näin valon loukuttaminen onnistuu.
Huokoinen fotonikide tunnetaan tietyistä valo-ominaisuuksistaan. Sen rakenne mahdollistaa vain tiettyjen aallonpituuksien valon etenemisen kiteen sisällä. UT:n tutkijat osoittivat, että muuttamalla kahden piihin poratun huokosen halkaisijaa niiden risteyskohtaan kiteen sisällä muodostuu epäsäännöllinen vikakohta. Muualla kiderakenne on jaksollinen, mikä pakottaa fotonin pitäytymään risteyskohdassa.
Aikaisemmassa työssään ryhmä osoitti, että tämän kaltaiset fotoniset kiteet voivat heijastaa hyvin laajasti värejä valon värejä kaikkiin suuntakulmiin. Nyt aiheesta saatiin tarkempia tuloksia.
- Laskelmistamme käy ilmi, että tässä ontelon pienessä tilavuudessa optista energiaa tehostetaan jopa 2400-kertaisesti kiteen ulkopuolelle verrattuna. Tämä on hyvin suuri parannus, kun otetaan huomioon pienet mitat, toteavat tutkijat.
Tällaisella kiteellä on myös huomattava näkyvän valon absorptio, kun sen rakennetta muutetaan paikallisesti. Se on jopa kymmenen kertaa suurempi kuin peruspiin absorptio. Näin vahva absorbtio erittäin pienessä tilavuudessa on hyvä ominaisuus uudenlaisille antureille.
Tulevaisuuden fotonisten integroitujen piireissä (PIC) näiden nanokaviteettien odotetaan olevan tärkeässä asemassa optisten signaalien käsittelyssä informaation tallennuksessa tai kvanttifotonisissa rakenteissa.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 4.3.2019
