Fabrication and optical characterization of a high-quality fcc-opal-based photonic crystal grown by the vertical convective self-assembly method

Fabricación y caracterización óptica de un cristal fotónico basado en ópalo fcc de alta calidad cultivado por el método de autoensamblaje convectivo vertical

Fabricación y caracterización óptica de cristales coloidales de alta calidad formados por esferas de SiO₂ de 225 nm de diámetro con empaquetamiento fcc crecidos por el método convectivo de auto-ensamblado de deposición vertical. Objetivo: Fabricación y caracterización óptica de cristales coloidales de esferas de SiO₂ de 225 nm de diámetro y empaquetamiento fcc. Materiales y métodos: Se producen cristales coloidales de 225 nm de diámetro de alta calidad mediante la técnica convectiva de auto-ensamblado de deposición vertical. Se hace, adicionalmente, un proceso de recocido (550°C) con el fin de mejorar la estabilidad mecánica de la estructura. La caracterización óptica se lleva a cabo por espectroscopia de transmisión resuelta en ángulo (A-RTS) y la caracterización estructural mediante microscopía electrónica de barrido (SEM). Resultados: Ambos, A-RTS y MEB, muestran que con el método utilizado y con los parámetros adecuados de temperatura de evaporación (60°C), fracción en volumen de la suspensión coloidal (0,2% w / w) y acidez (pH = 6) se obtienen cristales coloidales de SiO₂ con empaquetamiento compacto fcc altamente ordenados. Conclusiones: Se reporta el crecimiento de ópalos artificiales con empaquetamiento compacto fcc altamente ordenados (libre de defectos y con ordenamiento a largo alcance).

INTRODUCCIÓN

Los metamateriales fotónicos, materiales diseñados artificialmente en los que sus propiedades ópticas son inalcanzables con materiales naturales, atraen una gran atención principalmente por su capacidad de controlar la forma en que la radiación electromagnética interactúa con ellos y, además, porque representan uno de los ejemplos más importantes de las llamadas tecnologías emergentes en los campos de la electrónica y la optoelectrónica (1). Un tipo particular de metamateriales fotónicos son los cristales coloidales tridimensionales de empaquetamiento estrecho: disposición periódica (red de apilamiento cúbico centrado en la cara (fcc) y/o hexagonal de empaquetamiento estrecho (hcp)) de nanoesferas de sílice o poliestireno monodispersas con diámetros dentro del rango de longitudes de onda de la luz visible en las que se observan muchos fenómenos ópticos novedosos, que dependen en gran medida de la simetría del empaquetamiento de las esferas (2). Una de las características ópticas más importantes en un cristal coloidal basado en SiO₂, que puede ser detectada directamente por el A-RTS, es la presencia de bandas de parada en las que la propagación de la luz sólo se permite en determinadas direcciones cristalográficas.