Kristal Yapıda Yeni Analiz Yöntemi

89 okunma

 

This image shows theoretical (right) and experimental (left) iso-frequency contours of a photonic crystal slabs superimposed on each other.

Bu fotoğraflardan sağdaki teorik soldaki fotoğraf ise deneysel görünümleridir. Fotonik kristal levhaların iso-frekans konturları birbirine eklenmiş.

David L. Chandler fotonik kristaller diye adlandırılan egzotik malzemelerin iç özelliklerini bu yeni yöntemle ortaya çıkarmaktadır.
MIT araştırmacıları fotonik kristallerin iç ayrıntıları hakkında yeni bir teknik gelişitirdi  , sentetik malzemelerin egzotik optik özellikleri geniş araştırma konusudur.

Fotonik kristaller genellikle , mikroçip üretim yöntemlerinin çeşitlemelerini kullanarak, şeffaf bir levha halinde küçük delikli malzemeler milyonlarca sondaj ile geniş aralıklar bırakılarak yapılır. Bu deliklerin yönüne, boyutlarına ve aralıklarına bağlı olarak, bu malzemeler çeşitli özel optik özellikler taşıyabilir."Süper objektifleme" de dahil olmak üzere, normal teorik sınırların ötesinde büyütme olanağı sağlarve "negatif kırılma", ışığın normal şeffaf malzemeler yoluyla yolunun ters yönünde bükülmüş halidir.

Ama tam olarak anlamak için çeşitli renkler ve çeşitli yönlerden fotonik kristallere doğru nasıl hareket ettiğini tam olarak anlamak için son derece karmaşık hesaplamalar yapmak gerekir.

Bunun yerine, yeni teknik, bilginin tümünün doğrudan görünür olmasını sağlar.Araştırmacılar, bilgileri görüntülemek için basit bir laboratuar kurulumu kullanabilirler- "iso-frekans konturları" adı verilen bir numune- basitçe fotoğraflanıp incelenebilen grafiksel bir formda, birçok durumda hesaplama ihtiyacını ortadan kaldırıyor. Bu yöntem Kasım 25, 2016 'da Science Advances dergisinde  Bo Zhen , Emma Regan ve MIT'de fizik profesörleri olan Marin Solkacic ve John Joannopoulos tarafından yayımlanan  bir makalede açıklanmıştır.

Zhen Keşfedilen bu yeni tekniğin  araştırmacıların yıllardır farkına vardıklarını ve hatta yıllarca kullandıklarını fakat bu anlaşılmayan fenomenin daha yakından bakılarak keşfedildiğini açıkladı.Numuneler bir lazer ışığı ile aydınlatıldığında dağınık ışık modelleri fotonik malzemelerin numuneleri fırlayacakmış gibi görünüyordu. Dağılım şaşırtıcıydı, çünkü altta yatan kristal yapı bu materyallerde neredeyse mükemmel olacak şekilde imal edildi.

Zhen " lazerle ölçüm yaparken daima bu deseni görürdük" diyor.Biz bu şekli gördük ama ne olduğunu bilmiyorduk…

Ancak deney düzeneğinin düzgün bir şekilde ayarlanmasına yardımcı oldu, çünkü dağınık ışık örneği lazer ışını kristalle düzgün bir şekilde dizildiğinde görünürdü."Yapılabilecek en iyi numunelerde dahi üretim bozukluğu var" diyor Regan. "İnsanlar, saçılmanın çok zayıf olacağını düşünüyor, çünkü numune neredeyse kusursuz", ancak belli açılar ve frekanslarda ışık çok dağılıyor; Gelen ışığın yüzde 50'si dağınık olabilir.

By illuminating the sample in turn with a sequence of different colors, it is possible to build up a full display of the relative paths light beams take, all across the visible spectrum. The scattered light produces a direct view of the iso-frequency contours — a sort of topographic map of the way light beams of different colors bend as they pass through the photonic crystal.

“This is a very beautiful, very direct way to observe the iso-frequency contours,” Soljačić says. “You just shine light at the sample, with the right direction and frequency,” and what comes out is a direct image of the needed information, he says.

The finding could potentially be useful for a number of different applications, the team says. For example, it could lead to a way of making large, transparent display screens, where most light would pass straight through as if through a window, but light of specific frequencies would be scattered to produce a clear image on the screen. Or, the method could be used to make private displays that would only be visible to the person directly in front of the screen.

Because it relies on imperfections in the fabrication of the crystal, this method could also be used as a quality-control measure for manufacturing of such materials; the images provide an indication of not only the total amount of imperfections, but also their specific nature — that is, whether the dominant disorder in the sample comes from noncircular holes or etches that aren’t straight — so that the process can be tuned and improved.

“Using a clever trick, the Soljačić group turned what is ordinarily a nuisance (i.e., unavoidable disorder in nanofabrication) to their advantage,” says Mikael Rechtsman, an assistant professor of physics at Pennsylvania State University who was not involved in this work. “The random scattering caused by the disorder allowed them to directly image the iso-frequency contours of the photonic crystal slab structure. Since any nanofabricated structure always has some degree of disorder, and since disorder is invariably difficult to model a priori in simulations, their method provides an extremely convenient characterization tool for photonic crystal resonant mode band structures.”

http://news.mit.edu/2016/new-method-analyzing-photonic-crystals-1125

Bio Tolgahan SARP

Sakarya Üniversitesi Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bozok Üniversitesi Makina Bölümü