11.4.4.Фотонды нанокристалдар

Наноматериалдар тасушылардың қозғалу ұзындығының квантты шектелуімен , сонымен қатар нанокристаллдардағы нанокластерлердің жиынтығымен байланысты жаңа қасиеттерге ие болады. Қуыс (порстый) кремний – наноматериалдардағы квантты шектелумен байланысқан жаңа оптикалық қасиеттердің пайда болу мысалы. Ол өзімен біге нанометрлі диаметрдегі иілген кремнилік жіптері бар материалды көрсетеді. Кристалдық кремний үшін өткізгіштіктің валентті зонасы мен өткізгіштік зонасы арасындағы радиациялық өткелдер симметрия шартымен тиым салынады. Дегенмен, өткелдер фонондардың қатысуымен ғана емес олардың жылдамдығымен де орын алады. Сондықтан, оптикалық сигналдардың генерациясы үшін кремний қолданылмайды.

Қуыс кремнийда наносистемадағы трансляциялық симметрияны қанағаттандырмайтын сұрыптау ережесінің бұзылуымен байланысты интенсивті фотолюминесценция байқалады. Квантты шектеулер радиационды және радиационды емес өткелдердің интенсивтіліктерінің қатынасының өзгеруінін арқасында болатын фотолюминесценцияның негізгі себебі болып табылады. Радиационды өткелдердің интенсивтілігі біраз өседі, бірақ радиационды емес өткелдердің интенсивтілігі төмендейді, осының ішінде қуыс кремнийде кристалдық кремнийге қарағанда электрондардың жіберілуі тез азаяды.

Фотонды кристалдар өлшемі фотонның толқын ұзындығымен теңестірілетін, мысалы көру диапазоны спектріне 100 нанометр, нанокластерлерден туындайды. Осының арқасында бұндай наноструктураларды дифракционды процестер байқалады және атомдық кристалдардың торларында рентгендік сәулелердің таралуына ұқсас түрде Брэгга шарты орындалады. Осылай, фотонды кристалдардың шағылу коэффициенті периодты түрде өзгереді, ол материалдардың оптикалық қасиеттерін өзгертуге мүмкіндік береді. Бір өлшемді наноструктуралар интерференционды фильрлер ретінде қолданылады, бірақ үш өлшемді нанокристалдар үлкен қызығушылық тудырады. Бұл наножүйелерде энергетикалық және дисперсионды спектрлерде атомдық кристалдардағы электрондардың энергетикалық және дисперсионды спектрлеріндегі тиым салу зонасына ұқсас фотонды күйлердің шұңқырлары анықталған. Бұл фотонның кристалдың ішіне кіре алмай, нанокристалдық қабатта созылмалы шағылатын жиіліктердегі фотонды шұңқырладың болатынын көрсетеді. Фотонды кристалдардың көрсетілген қасиеттері өзгеретін оптикалық қасиеттері бар наноматериалдар жасауға мүмкіндік береді.

Фотонды кристалдың фотонды шұңқырмен синтезі үшін әртүрлі амалдар қолданылады. Ондай амалдардың бірі субмикронды өлшемдегі сфераның қолданылуынан тұрады.

Нәтижесінде синтетикалық жылтыр тас - кремний қышқылының монодисперсті сферасын қосатын наноматериал пайда болады. Бірақ бұндай нанокристалл оның жетілмегендігінен, әртүлі дефеттердің әсерінен оңай бұзылатын тұрақсыз фотонды шұңқырға ие. Синтетикалық жылтыр тас 11.10- суретте көсетілгендей, нанокриссталдық жылтыр тастың тесіктеріне енгізілген шалаөткізгішті материалды алу үшін материал ретінде қолданылады.

11.10- сурет. Жылтыр тастың структурасындағы кремнийдің фильтрациясынан кейін түзілген нанокристалдың қимасы

Жылтыр тастың матрицасын жою бос орындардың реттелген структурасы бар кремнийді қолданатын тұтынушылық нанокристалды жылтыр тасты алуға мүмкіндік береді.

Есептерге байланысты жоғары шағылу коэффициентімен сипатталатын шалаөткізгіш структурасында фотонды щұңқырға ие болады, ол кремнийден жасалған фотонды кристалл үшін дәлелденген.