Figura 1:Un cristal fotónico 3D delgado con una nanoestructura similar a un diamante se ilumina con luz blanca desde cualquier dirección de incidencia (flecha negra). Muchos colores se reflejan fuertemente de forma omnidireccional independientemente del ángulo de incidencia (flecha negra). En este ejemplo, estos son los colores del naranja al azul. Crédito:Universidad de Twente
A través de cálculos avanzados, físicos y matemáticos de la Universidad de Twente descubrieron que un delgado, La nanoestructura fotónica similar a un diamante refleja una gama sorprendentemente amplia de colores de luz, desde todos los ángulos. Esto hace que el material tenga un gran potencial como reflector trasero para mejorar la eficiencia de las células solares o pequeñas fuentes de luz en chip.
Los resultados se publicaron el 26 de abril en la principal revista de física. Revisión física B .
La eficiencia de las células solares depende de atrapar y absorber la luz y se puede aumentar mediante el uso de un reflector trasero:un espejo detrás del material de la célula solar que refleja la luz que no fue absorbida y la devuelve al interior de la célula solar. El espejo ideal refleja la luz incidente desde cualquier ángulo, conocida como reflectancia omnidireccional, y para todas las frecuencias (o colores) de luz. Tal reflectancia omnidireccional para estructuras dieléctricas está asociada con nanoestructuras de cristal fotónico tridimensional que sostienen una llamada banda prohibida fotónica completa. Sin embargo, Los investigadores siempre pensaron que tales estructuras tendrían un rango de frecuencia de operación estrecho y su comportamiento omnidireccional nunca se ha demostrado hasta la fecha.
Un equipo interdisciplinario de físicos y matemáticos de la Universidad de Twente ha realizado cálculos avanzados sobre un material muy prometedor desarrollado en el grupo de Sistemas Fotónicos Complejos. "Estudiamos los llamados cristales fotónicos de pila de madera inversa", dice el estudiante de doctorado Devashish. "Estos cristales consisten en una serie de poros ordenados regularmente perforados en dos direcciones perpendiculares en una oblea de dieléctrico como el silicio. La estructura del cristal está inspirada en piedras preciosas de diamantes".
Los investigadores estudiaron la reflectividad de los cristales de pilas de madera inversas en forma de diamante cúbico mediante cálculos numéricos e interpretaron experimentos recientes. Emplearon el método de los elementos finitos para estudiar estos cristales rodeados de espacio libre. "Descubrimos que incluso las pilas de madera inversas muy delgadas reflejan fuertemente muchos colores de luz de forma omnidireccional", Devashish dice. "En pilas de leña inversas, la absorción de luz es insignificante. Esto los convierte en un gran candidato como reflector trasero en células solares. También esperamos que estos cristales fotónicos con forma de diamante puedan dar lugar a láseres en chip, capas de invisibilidad y dispositivos para confinar la luz en volúmenes extremadamente pequeños ".
Figura 2:Los espectros de reflectividad calculados para todas las orientaciones de la luz incidente. La luz que no puede entrar en los cristales se refleja, indicando que estos colores están completamente prohibidos dentro de los cristales, que es la firma de la banda prohibida fotónica. Los investigadores observan que la luz para una amplia gama de colores siempre se refleja para cualquier ángulo de incidencia y para ambas orientaciones. incluso para una losa de cristal delgada. El color azul oscuro representa una alta reflectividad que se produce en la banda de parada para todos los ángulos. El color blanco representa cerca del 0% de reflectividad. Las líneas discontinuas naranjas resaltan el amplio rango de frecuencias donde se refleja la luz para todos los ángulos de incidencia. Crédito:Universidad de Twente
