Guía sobre las características y funciones del cristal fotónico.

Los cristales fotónicos, también conocidos como materiales de banda prohibida fotónica, son nanoestructuras periódicas que pueden dirigir selectivamente longitudes de onda de luz de la misma manera que los semiconductores en un chip de computadora que dejan pasar selectivamente ciertas bandas de energía electrónica. El término “banda prohibida” simplemente se refiere a espacios en la banda espectral de luz que brilla a través. Un arco iris, por ejemplo, carece de espacios de banda, porque el agua es transparente y no absorbe ninguna frecuencia específica. Un arco iris que atraviese un cristal fotónico tendría espacios selectivos dependiendo de la nanoestructura particular dentro del cristal.

Un arco iris que atraviese un cristal fotónico tendría espacios selectivos dependiendo de la nanoestructura particular dentro del cristal.

Hay un par de materiales naturales que se aproximan a la estructura de un cristal fotónico. Uno de ellos es el ópalo de piedras preciosas. Su iridiscencia similar a un arco iris es causada por nanoestructuras periódicas en su interior. La periodicidad de la nanoestructura determina qué longitudes de onda de luz están permitidas y cuáles no. El período de la estructura debe ser la mitad de la longitud de onda de la luz que se deja pasar. Las longitudes de onda permitidas en el paso se conocen como “modos”, mientras que las longitudes de onda prohibidas son los espacios de banda fotónica. Un ópalo no es un verdadero cristal fotónico porque carece de una banda prohibida completa, pero se aproxima a una lo suficientemente cercana para los propósitos de este artículo.

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Un ópalo no es un verdadero cristal fotónico porque carece de una banda prohibida completa, pero se aproxima a una.

Otro material natural que incluye un cristal fotónico son las alas de algunas mariposas como el género Morpho. Estos dan lugar a hermosas alas azules iridiscentes.

Los cristales fotónicos fueron estudiados por primera vez por el famoso científico británico Lord Raleigh en 1887. Un cristal fotónico sintético unidimensional llamado espejo de Bragg fue el tema de sus estudios. Aunque el espejo de Bragg en sí es una superficie bidimensional, solo produce el efecto de banda prohibida en una dimensión. Estos se han utilizado para producir recubrimientos reflectantes donde la banda de reflexión corresponde a la banda prohibida fotónica.

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Cien años más tarde, en 1987, Eli Yablonovitch y Sajeev John sugirieron la posibilidad de cristales fotónicos bidimensionales o tridimensionales, que producirían espacios de banda en varias direcciones diferentes a la vez. Rápidamente se dio cuenta de que tales materiales tendrían numerosas aplicaciones en óptica y electrónica, como LED, fibra óptica , láseres nanoscópicos, pigmento ultrablanco, antenas de radio y reflectores, e incluso computadoras ópticas . La investigación sobre cristales fotónicos está en curso.

Uno de los mayores desafíos en la investigación de cristales fotónicos es el pequeño tamaño y la precisión requeridos para producir el efecto de banda prohibida. Sintetizar cristales con nanoestructuras de época es bastante difícil con las tecnologías de fabricación actuales como la fotolitografía. Los cristales fotónicos tridimensionales se han diseñado pero solo se han fabricado a una escala extremadamente limitada. Quizás con el advenimiento de la fabricación de abajo hacia arriba, o la nanotecnología molecular, será posible la producción en masa de estos cristales.

 

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