Een nieuwe studie door een samenwerkend team van de Universiteit Twente en het e-Science Center in Amsterdam vergelijkt de transmissie van licht door een utopisch model met een echte 3D-nanostructuur. Deze nanostructuren zijn integraal onderdeel van onze dagelijkse technologieën, zoals smartphones en zonnepanelen.
Het onderzoek is gedaan door Lars Corbijn van Willenswaard, Stef Smeets, Nicolas Renaud, Matthias Schlottbom, Jaap van der Vegt en Willem Vos van de Universiteit Twente. Het papier is gepubliceerd in het dagboek Optiek Express.
De innovatieve aanpak van het team gebruikt de echte 3D-nanostructuur zelf, verkregen via nauwkeurige röntgenbeeldvorming, als input voor hun optische studie. Op deze manier konden de onderzoekers de echte nanostructuur direct vergelijken met een geïdealiseerd of “utopisch” model. De bevindingen onthullen dat, in tegenstelling tot het ideale ontwerp, de echte nanostructuur een sterke opsluiting van licht vertoont die volledig afwezig is in het utopische ontwerp.
Chip voorspelbaarheid
Voorspelbaarheid van apparaten is cruciaal voor toepassingen die variëren van metrologie voor chipfabricage en slimme verlichting met lichtgevende diodes tot atmosfeerobservaties met nanosatellieten. Echter, hoe duur en goed uitgerust de faciliteit ook is, er doen zich onvermijdelijk afwijkingen voor tijdens nanofabricage.
Twee opeenvolgend gemaakte nanostructuren zijn nooit exact hetzelfde tot op het niveau van de plaatsing van de atomen, omdat bijvoorbeeld de fabricageapparatuur langzaam in de tijd varieert. Uiteindelijk, zelfs als alle apparatuur perfect werkt, verhinderen entropie en chaos dat er exacte kopieën worden gemaakt, waardoor apparaten minder voorspelbaar worden.
Nieuwe apparaatfunctionaliteiten
Het onderzoek van het Twente-Amsterdam team vergroot niet alleen ons begrip van deze afwijkingen, maar opent ook de deur naar nieuwe functionaliteiten van apparaten. Vos legt uit: “Er zijn grote verschillen tussen de echte en de utopische structuur. Bijvoorbeeld, waar de utopische structuur licht verbiedt om binnen te komen, heeft de echte structuur een hoge energiedichtheid van licht (zie afbeelding hierboven).
“De echte lichtverdeling heeft een eigenaardig patroon waarbij het licht niet naar rechts kan uittreden, zoals oorspronkelijk ontworpen. Het intense en beperkte licht kan zelfs worden gebruikt voor compleet nieuwe functies, zoals een optische schakelaar of een sensor.”
Meer informatie:
Lars J. Corbijn van Willenswaard et al., Niet-utopische optische eigenschappen berekend van een tomografisch gereconstrueerde echte fotonische nanostructuur, Optiek Express (2024). DOI-nummer: 10.1364/OE.519464
Informatie over het tijdschrift:
Optiek Express
Aangeboden door Universiteit Twente