Fotonikus kristályok A nemesOpál anyagában rendkívül finom és bizonyos rendszer szerinti eloszlásban krisztoballit ásvány mikroszkópikus lemezkéi fordulnak.

Az előadások a következő témára: "Fotonikus kristályok A nemesOpál anyagában rendkívül finom és bizonyos rendszer szerinti eloszlásban krisztoballit ásvány mikroszkópikus lemezkéi fordulnak."— Előadás másolata:

1 Fotonikus kristályok A nemesOpál anyagában rendkívül finom és bizonyos rendszer szerinti eloszlásban krisztoballit ásvány mikroszkópikus lemezkéi fordulnak elő, ezeken a kristálylapokon visszaverődő és/vagy elhajló fénysugarak interferenciája okozza a különleges fényhatást.

2 Mi a manó az a nano? A nano szó görög eredetű, jelentése: törpe
1 nm = 10-9m Az anyag 100 nanométer „nagyság” alatt elveszíti tömbi tulajdonságait és teljesen új, meglepő tulajdonságokat vesz fel. A nanotechnológia fogja jelenteni a jövő következő technológiai forradalmát.

3 Az elektromágneses spektrum
400 nm < látható fény < 700 nm

4 Mit tudnánk fizikából fény nélkül?
A legtöbb ismeret megszerzése az anyagokról a fény nélkül nem ment volna. Ha nemcsak a látható fénytartományra, hanem az elektromágneses spektrumra gondolunk, akkor a mindennapi érzékeléstől a képzőművé- szetig, a csillagászattól a mikroszkópiáig használjuk és hasznosítjuk a fényt, a röntgen- a rádióhullám-, az infravörös fénytartományokban is dolgozva. A fény amely információkat hoz az Univerzum távoli tájairól vagy a kristályok belsejéből.

5 Mi módon tudjuk hasznosítani a fényt technikáinkban?
Dr. Kroó Norbert fizikus, a Magyar Tudományos Akadémia rendes tagja, az MTA alelnöke „…Nos, az én szigorúan vett szakmámban az elmúlt pár évben olyan forradalmi felfedezések történtek, amelyek alapján azt jósolom, hogy év múlva az optikai chipek erős versenytársai lesznek az elektronikus chipeknek. Ezzel egy olyan új fordulat várható, ami horderejében hasonlítható ahhoz az előrelépéshez, amelyet az jelentett, amikor a lézerek bevonultak az optikába, vagy amikor az elektroncsöveket lecseréltük a tranzisztorokra, vagy amikor az interkontinentális közlekedésben a hajóról áttértünk a repülőre – hogy egyre hátrébb tekintsek az időben….”

6 A fényes új világ - Szép új világ - regénycímére
angolul: The Bright New World ami szójáték a A. Huxley: The Brave New World - Szép új világ regénycímére Dr. Kroó Norbert ezt a címet szerette volna adni annak az előadásának, amelyre a fizika éve alkalmából a Mindentudás Egyeteme kérte fel szemeszter zárásként. Az előadás megtekintéséhez kattints ide!

7 Fotonikus kristályok „…a fotonikus kristályok új korszakot nyithatnak a fénytávközlés, és szélesebb értelemben a fotonika területén. Az „optikai tiltott energiasávok” elmélete megalapozhatja a fotonikus tranzisztorok, a fotonikai memóriák, és egy sor más olyan optikai jelkezelési feladat megvalósítását, amelyekre az eddigiekben nem is gondolhattunk….” Hirközlési és informatikai tudományos egyesület fotonikus kristályok: periodikus térbeli szerkezetek, amelyeknek 1, 2 vagy 3 dimenzióban ismétlődő elemi cellamérete a mikrométeres (10-6m) tartományba esik. Az ilyen kristályszerű szerkezetekben a fényhullám ahhoz hasonlóan viselkedik, mint az elektronhullámok az atomi periódusú kristályokban, ahol a cellaméret 10-10m (Å) tartományba esik.

8 Interferencia Hullámok találkozásakor fellépő jelenség.
Ha egy pontban kettő vagy több hullám találkozik, akkor ebben a pontban a hullámok összeadódnak. Ha két azonos frekvenciával rezgő hullámforrás által kibocsátott hullámok adódnak össze, akkor a két hullám egy pontban erősítheti, gyengítheti vagy akár ki is olthatja egymást. Ebben az esetben időben állandó hullámkép alakul ki, ezt a jelenséget nevezzük interferenciának. interferencia

9 Sávelmélet A kvantumfizika a szilárd testek elektromos viselkedését az úgynevezett sávelmélettel értelmezi: eszerint az elektronok lehetséges energiaértékei az atomi periódusú kristályokban sávokba rendeződnek. A tiltott sáv létrejötte az elektron hullám- természete alapján azzal magyarázható, hogy a periodikus kristályszerkezetet alkotó atomokon szóródó elektronhullámok bizonyos energiaértékeknél kioltják egymást.

10 „optikai tiltott energiasávok”
Mivel a fotonok szintén leírhatók részecskehullámként, elvileg számukra is készíthető olyan periódikus kristályszerkezet, amelyben a szórt fotonhullámok úgy interferálnak egymással, hogy bizonyos fotonenergiák tiltott sávba kerülnek. Fehérfénnyel megvilágítva színesek, amely szín nem fényelnyelésen alapszik és nem is színanyagok okozzák, hanem úgynevezett „fizikai szín”. Ennek az a feltétele, hogy a rácsállandó (d) a fény hullámhosszával () összemérhető nagyságrendű legyen. Bragg-törvény 2·d·sin = n· Ha: nm < < 700 nm Akkor: 200 nm < d < 350 nm

11 „optikai félvezetők” A fotonkristályok bizonyos fajta felhasználási lehetőségei a félvezetőkkel való hasonlatosság alapján érthetők meg. A félvezetők tulajdonságai nagymértékben befolyásolhatók szennyezőatomok bevitelével. Ezeknek az a szerepük, hogy a tiltott sávban betölthető energiaszin- teket hoznak létre, így ezeken a „lépcsőkön” keresztül az elektronok a vegyérték- sávból könnyebben juthatnak el a vezetési sávba. A fotonkristályokban hasonló szerepet tölthetnek be a különféle rácshibák, diszlokációk. A tökéletes fotonkristály a tiltott sávjába eső frekvenciájú fotonokat nem engedi át. De ha például az egyébként tökéletes fotonkristály-ba egy vonalhibát visznek be, akkor az már úgy működik, mint egy hullámvezető: A vonalhiba mentén az egyébként tiltott frekvenciájú fotonok is terjedhetnek.

12 Fotonikus kristályok előállítása
Hatalmas problémát jelent a megfelelő fotonikus kristályok előállítása és megfelelő szervezése. Néhány megvalósított példa Az első fotonkristályt Eli Yablonovitch, a Kalifornia Egyetem profeszszora készítette el 1990-ben. Szilíciumrudacskákból kialakított fotonkristály Inverz opál: szilíciumvázba ágyazott légbuborékkristály Kolloid méretű szilikátgolyók rácsszerűen rendezett üledéke

13 Természetes fotonikus kristályok 1.
Sokáig úgy gondolták, hogy a természet ilyet nem tud előállítani. A nemesOpál Áttetsző ásványi anyag , amely színe a ráeső fény irányától függően változik, a szivárvány színeiben irizál. A titokra a hatvanas években derült fény. Opál: víztartalmú amorf SiO2 Krisztoballit: kristályos SiO2 A nemesopál anyagában rendkívül finom és bizonyos rendszer szerinti eloszlásban krisztoballit ásvány mikroszkópikus lemezkéi fordulnak elő, ezeken a kristálylapokon visszaverődő és/vagy elhajló fénysugarak interferenciája okozza a különleges fényhatást.

14 Természetes fotonikus kristályok 2.
A lepkeszárny Azt már régóta felfedezték a kutatók, hogy a Dél-Amerikában élő Morpho lepkefajták szép fémesen csillogó színüket nem színes pigmenteknek köszönhetik, hanem a szár- nyaikban található finom nanoszerkezetnek. Több kutatócsoport figyelmét is felkeltette már a természet ezen alkotása, a legújabb ötletekkel egy európai-amerikai társulás állt elő, melynek magyar tagja is van. Az EU 6. keretprogramjának támogatásával folyó bioinspirált anyagokra fókuszáló munkát Bíró László Péter fizikus vezeti az MTA Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Kutató Intézetében, szoros együttműködésben Bálint Zsolttal (Magyar Természettudományi Múzeum).

15 Természetes fotonikus kristályok 3.
A szóban forgó lepkefaj hímjei szárnyának egyik oldala jellegzetes fémes kék színű, a másik oldal egyszerű tompa zöld. Ezek a varázslatos színek a szárnyon található természetes fotonikus kristályszerke- zetnek köszönhető, ami egy N-tartalmú összetett szénhidrátból, a jól ismert kitinből jön létre. A fémes kék színt a néhány tized mikrométer átmérőjű szabályos elhelyezkedő kitin pikkelyek hozzák létre, míg a tompa zöld színt a véletlenszerű elrendeződésű fotonikus kristályok produkálják.

16 Természetes fotonikus kristályok 4.
A magyar kutatók partnere Andrew Parker, aki a londoni Természettudományi Múzeumban azzal kísérletezik, hogy … „Miután a bábból elkülönítjük azokat a sejteket, amelyekből a szárny fejlődik majd ki, mesterséges körülmények között tartjuk életben azokat. Ezután különböző vegyületekkel serkentjük a pikkelynövesztést” - magyarázza A fotonikus chipekkel a mikroelektronikai eljárásokkal készülő társaik számára elképzelhetetlen működési frekvencia és számítási kapacitás lenne elérhető, minimális hőtermelődés és energia-fogyasztás mellett. Hatalmas problémát jelent viszont a megfelelő fotonikus kristályok előállítása és megfelelő szervezése. Az egyik lehetséges megoldás az ötvözött nano-biotechnológia bevetése – tartják. Bíró László Péter a Physical Review E-ben közétett publikációja szerint az ilyen bioinspirált fotonikus kristálytömbök mikroelektromechanikus karokra ültetve változtathatnák elrendezéseiket, lehetővé téve minden egyes pixelben a három alapszín előállítását, melyet a síkképernyős monitorgyártásban kamatoztathatnának.

17 Természetes fotonikus kristályok 5.
Lepke­szárnyakból újgenerációs monitor? 2006. szeptember FigyelőNet, SG.hu Úgy tűnik, nem csak a repülőgép tervezők profitálhatnak a rovarok szárnyaiból, hanem a festékipar, a kozmetikai cégek, de akár még a síkképernyős monitorok gyártói is tanulhatnak a természettől. RTF] DIPLOMAMUNKA JAVASLAT Fájlformátum: Rich Text Format - HTML-változat Fotonikus kristályok modellezése, előállítása és kísérleti vizsgálata. A kidolgozandó feladat részletezése:. A fotonikus kristályok mesterségesen Hasonló oldalak PDF] DIPLOMAMUNKA JAVASLAT Fájlformátum: PDF/Adobe Acrobat - HTML-változat A fotonikus kristályok olyan periodikus szerkezető dielektromos struktúrák, amelyek. elemi cellájának mérete összemérhetı a bennük terjedı elektromágneses Hasonló oldalak PDF] PhD témakiírás Fájlformátum: PDF/Adobe Acrobat - HTML-változat Fotonikus kristályok modellezése, előállítása és kísérleti vizsgálata. Kísérleti munka iránti készség, képesség és akarat. ... dept.phy.bme.hu/phd/temajavaslatok_2006/F28.pdf - Hasonló oldalak diplomatema 2007 Fotonikus kristály típusú nanoarchitektúrák vizsgálata ... D07, Szemcsés anyagok dinamikájának kísérleti vizsgálata és modellezése, MTA Szilárdtestfizikai k - Tárolt változat - Hasonló oldalak

18 Jó tanulást!