Un cristal avec une bande interdite photonique 3D est un outil puissant pour contrôler la lumière, avec des applications pour de nouveaux types de cellules solaires, capteurs et lasers miniatures. À l'intérieur d'un cristal artificiel comme celui-ci, une gamme de longueurs d'onde lumineuses est interdite. Jusqu'à maintenant, la région de longueur d'onde caractéristique est déterminée en utilisant des modèles théoriques. Ces modèles idéalisés présentent des lacunes évidentes. Des chercheurs de l'Université de Twente (MESA+) ont maintenant développé une méthode entièrement expérimentale de détermination de la bande interdite, rendant littéralement visible l'invisible. Ils présentent leurs résultats en Optique Express , le journal de l'Optical Society of America.

Les cristaux photoniques ouvrent de nouvelles voies passionnantes pour manipuler la lumière à l'aide de silicium. Ce matériau en lui-même n'est pas adapté au contrôle de la lumière, car il est transparent pour les couleurs de lumière utilisées en télécommunication. Les cristaux photoniques ont une structure particulière, interdisant le passage d'une gamme de longueurs d'onde, ajoutant ainsi le contrôle de la lumière dans le silicium et ouvrant la possibilité de connecter l'électronique et la photonique.

La création de ces cristaux avec la "signature" souhaitée est une question de fabrication à l'échelle nanométrique, conduisant à un motif de pores parfaitement périodique. Toujours, quel est le résultat? Comment la taille des pores et la « plage interdite » correspondent-elles ? La théorie et les simulations commencent toujours par quelques hypothèses. Il est tout simplement impossible d'inclure tous les troubles de fabrication, par exemple.

Les scientifiques de l'université de Twente choisissent donc une approche entièrement expérimentale, donnant ainsi une rétroaction précieuse au processus de conception et de fabrication. Pour ça, ils ont fabriqué des cristaux photoniques 3-D avec une bande interdite dans la zone de longueur d'onde généralement utilisée dans les télécommunications, aussi appelées structures « pile inversée ». En projetant une lumière d'une large bande passante et sur de nombreux angles d'incidence, les chercheurs peuvent mesurer la réflectivité, identifier la plage exacte qui est interdite. Ils le font pour deux polarisations de la lumière d'entrée, perpendiculaires l'une à l'autre. Pour les deux polarisations, la largeur de la bande interdite photonique doit être la même, ce qui est confirmé par les mesures. Les cristaux de haute qualité devraient montrer plus de 90 pour cent de réflectivité dans la bande interdite, comme le confirment les expériences.

En utilisant la nouvelle technique de la sonde, les chercheurs peuvent évaluer rapidement la qualité d'un cristal photonique, facilitant l'ajustement du processus de fabrication pour des applications nouvelles et stimulantes en optoélectronique et en photonique quantique.