Les cristaux photoniques sont les nanostructures capables de manipuler les photons au moyen d'une bande interdite, similaire à la façon dont les semi-conducteurs dans les puces informatiques manipulent le courant électronique. On a toujours pensé que les cristaux photoniques devaient être épais et volumineux pour être fonctionnels. Des scientifiques de l'Université de Tokyo, l'Université d'Electro-Communications de Tokyo, l'Institut de technologie de Kyoto et l'Université de Twente ont découvert que même les cristaux à bande interdite photonique 3D très minces sont des dispositifs puissants pour contrôler fortement le flux de lumière. Les nouvelles connaissances conduisent à des règles de conception pour de nouveaux dispositifs optoélectroniques pour des télécommunications et des ordinateurs efficaces, et des cellules solaires minces. L'article résultant paraîtra dans la revue Examen physique B , publié par l'American Physical Society.

"Nous avons étudié des cristaux photoniques soigneusement assemblés avec la structure dite en tas de bois, ", explique le principal auteur, le Dr Tajiri (voir Fig. 1). "Nos cristaux sont constitués de réseaux de tiges empilés dans deux directions perpendiculaires dans une plaquette semi-conductrice telle que l'arséniure de gallium. La structure cristalline est inspirée des pierres précieuses de diamant." La méthode avancée permet de façon pratique de fabriquer des structures minces de seulement quelques couches d'épaisseur, entre quelques centaines de nanomètres et environ un micron.

Pour étudier leurs nouveaux cristaux, l'équipe nippo-néerlandaise a décidé de mesurer les spectres de réflectivité. Par conséquent, après fabrication au Japon, ils ont été expédiés à Twente pour des mesures microscopiques. Les spectres ont montré que les cristaux photoniques fins ressemblant à du diamant fonctionnaient remarquablement bien :tous les cristaux présentaient à la fois une réflectivité élevée et des pics larges. Remarquablement, cela s'est produit même pour le cristal le plus fin.

Il est interdit à la lumière réfléchie d'entrer dans les cristaux sur une gamme considérable de longueurs d'onde, également connu sous le nom de trou interdit. Dans les cristaux japonais-hollandais, la situation est encore plus radicale, puisqu'il est interdit à la lumière de circuler dans toutes les directions simultanément. Le Dr Tajiri explique :« La formation rapide de l'espace interdit dans nos cristaux est remarquable car les premiers cristaux 3D nécessitaient une grande épaisseur pour qu'un espace émerge.

Applications possibles

Le professeur Iwamoto, chef de l'équipe japonaise, a déclaré :"Notre découverte que même les cristaux photoniques minces sont des dispositifs puissants signifie que nous pouvons économiser un temps de fabrication et des ressources considérables." Et le prof. Vos, chef de l'équipe néerlandaise, s'enthousiasme :« Le résultat que même les structures minces sont entièrement fonctionnelles est une excellente nouvelle pour les applications dans le photovoltaïque. Ici, les scientifiques recherchent des réflecteurs arrière à large bande minces pour améliorer les performances des cellules solaires minces. »

L'article est intitulé "Reflectivity of Finite 3-D GaAs Photonic Band Gap Crystals" et a été publié dans Examen physique B le 1er juin.