UT-onderzoeker wil licht 't liefst in een doosje stoppen
Een foton op verzoek
Een `doosje' van silicium waarin diepe gaatjes zijn gemaakt, kan
opmerkelijke toeren uithalen met licht. Zo is de ene kleur licht
binnenin zo'n `fotonisch kristal' wèl toegestaan en de andere kleur
niet. Dat wordt pas echt interessant als je binnenin het kristal een
lichtbron inschakelt van de `verboden kleur', aldus onderzoeker Léon
Woldering van de Universiteit Twente. Door ultrakleine gaatjes te
maken die tegelijk een recorddiepte hebben, slaagt hij er in nieuwe
typen fotonische kristallen te fabriceren.
Een voorloper van de speciale effecten waarnaar Woldering op zoek is,
is al te zien in de natuur, bijvoorbeeld in parelmoer: wit licht wordt
door dit materiaal gereflecteerd in verschillende kleuren. Met
kunstmatige kristallen willen onderzoekers het licht nog beter naar
hun hand zetten. Bijvoorbeeld als een bepaalde kleur licht binnenin
het kristal niet is toegestaan, is het interessant om een kleine holte
te maken in het kristal. Alléén in die holte mag het licht van die
kleur bestaan, en het is heel precies te controleren wanneer het licht
er wel uit mag en wanneer niet. Langs die weg is bijvoorbeeld een
uiterst compacte laser te fabriceren die samen met elektronica op een
chip is te integreren. In een optische computer kan licht heel
precies, zelfs foton voor foton, bestuurd worden met de nieuwe
fotonische kristallen.
Een driedimensionaal fotonisch kristal met een patroon van gaatjes in
twee richtingen.
Wereldrecord
Het kristal dat Woldering presenteert in zijn proefschrift bestaat uit
een patroon van gaatjes die uitzonderlijk diep zijn. Tien micrometer
is weliswaar slechts een tiende van de diameter van een mensenhaar,
maar afgezet tegen de diameter van de gaatjes -ongeveer 400 nanometer-
betekent dit een grote `aspect ratio': de verhouding tussen diameter
en diepte. Bijzonder daaraan is dat de wanden van het buisje dat
ontstaat, tot op de bodem keurig loodrecht zijn: het buisje wordt niet
gaandeweg nauwer of wijder. Dit is mogelijk dankzij een speciale
etstechniek, reactief ion etsen, en een precisiemasker van chroom
waarin het gaatjespatroon is aangebracht. Met buisjes in de verticale
richting ontstaat al een tweedimensionaal fotonisch kristal, maar
Woldering gaat een stap verder. In horizontale richting brengt hij een
tweede patroon aan dat het eerste doorkruist. De buisjes mogen elkaar
kruisen, maar het is wel de kunst ervoor te zorgen dat het eerste
patroon intact blijft als het tweede wordt aangebracht. Ook belangrijk
is het precies uitrichten van het kristal: het wordt een kwartslag
gedraaid om het tweede patroon aan te brengen.
De gaatjes: bovenaanzicht en doorsnede. Te zien is de grote aspect
ratio.
Photon-on-demand
Het kristal dat op deze manier ontstaat, geeft een uitzonderlijk
sterke interactie te zien met licht. Over een breed kleurenbereik,
voornamelijk in het infrarood, reflecteert het kristal vrijwel al het
licht: binnenin het kristal is licht van die golflengten niet
toegestaan. Juist dit gebied is erg interessant voor toekomstige
toepassingen zoals telecommunicatie. Een vervolgstap is het verder
verfijnen van de etstechniek, en het vinden van een manier om in het
kristal een kleine holte aan te brengen waarin het licht lokaal wèl is
toegestaan. "Voor een ander type fotonisch kristal, bestaand uit
bolletjes, slagen we er al in om zo'n holte - een nanocavity- te
maken. Daar willen we `photon-on-demand' lichtbronnen en sensoren mee
maken", aldus Woldering. Ook voor het kristal met de geëtste diepe
gaatjes voorziet hij deze mogelijkheden.
Léon Woldering heeft zijn onderzoek uitgevoerd in de onderzoeksgroep
Complex Photonic Systems onder leiding van prof. Willem Vos. Hij
verdedigde zijn proefschrift op 5 september. De groep maakt deel uit
van het MESA+ Instituut voor Nanotechnologie van de UT. Woldering
heeft samengewerkt met het FOM-instituut AMOLF in Amsterdam en met
ASML, producent van machines om chips te maken.
Contactpersoon voor de pers: Wiebe van der Veen, tel (053)4894244
Top
Laatst gewijzigd op 10-09-2008 15:28:02 door Webmaster
Universiteit Twente