cristallo fotonico

cristallo fotonico

cristallo fotònico locuz. sost. m. – Materiale caratterizzato da una variazione spaziale periodica della funzione dielettrica, e quindi dell'indice di rifrazione, su scale di lunghezza paragonabili alla lunghezza d’onda della radiazione. Per la luce visibile ciò si verifica per dimensioni appena inferiori a 1 μm. La periodicità spaziale implica che la propagazione dei fotoni in tali materiali sia simile a quella degli elettroni in un cristallo (da cui il nome) e sia quindi descrivibile in termini di bande di energia nelle quali la propagazione è permessa, e gap di energia ove la propagazione è inibita. Come risultato, i fotoni possono propagarsi o meno nel cristallo a seconda della loro energia e direzione e un fascio di luce che entra nel cristallo può essere riflesso in modi molto complessi in funzione della lunghezza d'onda. Questi meccanismi possono dare origine a una serie di fenomeni interessanti, con aspetti spesso inconsueti. Per es., all’interno di un cristallo fotonico con un gap corrispondente alla frequenza di transizione di un atomo eccitato, la diseccitazione dell’atomo per emissione spontanea è inibita. I c. f. sono costituiti da materiali compositi dotati di particolari geometrie, nei quali l’indice di rifrazione è fatto variare mediante l’alternanza regolare di materiali dielettrici diversi o di dielettrici e metalli o di cavità di geometria opportuna. Lo studio dei c. f., intrapreso a partire dalla fine degli anni Ottanta del 20° sec., ha costituito nel primo decennio del Duemila una delle branche più attive dell’ottica. In considerazione delle scale di lunghezza sulle quali è necessario controllare la preparazione del materiali, questi studi hanno beneficiato in particolare dei progressi compiuti nella sintesi di materiali nanostrutturati. Sono stati così prodotti con successo vari tipi di sistemi con proprietà di c. f. in una e due dimensioni e progressi sono stati fatti anche nella costruzione, più complessa, di sistemi tridimensionali. Mediante i c. f. è possibile costruire guide d’onda con proprietà particolari, per es. quella di variare ad angolo retto il cammino della radiazione guidata, creare microcavità capaci di abbassare enormemente la corrente di soglia dei punti quantici (v.), aumentare l’efficienza dell’interazione non lineare. Strutture biologiche dotate di proprietà simili a quelle dei c. f. esistono in natura, per es. sulle ali di certe farfalle del genere Morpho, dove producono appariscenti effetti di colorazione iridescente.