晶體(ti) 是具有周期性結構的固體(ti) ，即，當原子移位時，它們(men) 會(hui) 取代其他原子的確切位置，而其他原子在該位置是移位之前的位置。這個(ge) 事實在20世紀初得到了科學證明。它催生了現代固態物理學，也為(wei) 半導體(ti) 技術的發展奠定了基礎。

據《激光製造商情》了解，近期，ITMO（俄羅斯聖光機大學）的研究人員在《高級光學材料》上發表了一篇論文，論文稱，他們(men) 進行了數個(ge) 實驗，以研究聚合物準晶體(ti) ，最終證實了其最初的理論。將來，準晶體(ti) 的使用可能為(wei) 激光和傳(chuan) 感器設計開辟新的可能性。

ITMO物理與(yu) 工程學院副教授Mikhail Rybin表示：“計算機、智能手機、LED燈泡、激光器……我們(men) 無法想象的所有生活，都是因為(wei) 我們(men) 了解半導體(ti) 材料晶體(ti) 結構的性質。周期性結構的理論使我們(men) 可以得出結論：波（無論是光、電子還是聲音）隻能以兩(liang) 種方式移動。波要麽(me) 在晶體(ti) 中向前傳(chuan) 播，要麽(me) 以所謂的帶隙頻率迅速衰減。沒有其他選擇，它極大簡化了粒子傳(chuan) 播的規律，同時簡化了工程任務。”

但是，某些設備要求晶體(ti) 既不傳(chuan) 輸也不消滅波，而是將其保留一段時間，這需要光“陷阱”之類的東(dong) 西。

“例如，對於(yu) 激光或傳(chuan) 感器操作，該波必須多次通過設備的工作區域，以提高其與(yu) 有源元件相互作用的效率。” Mikhail Rybin解釋說，“為(wei) 光線創建這樣的“陷阱”尤其重要，因為(wei) 很難將其保持在較小的區域內(nei) 。對於(yu) 現代物理學來說，這是一項重要的技術挑戰。”

越大越好

理想情況下，整個(ge) 材料應起“陷阱”的作用，因為(wei) 捕獲的光越多，波與(yu) 活性物質的相互作用就越有效。但是，在晶體(ti) 的情況下是不可能的。如前所述，它隻能消滅或讓波浪通過。

光“陷阱”

Mikhail Rybin指出：“或者，有可能將光集中在無序結構中，例如粉末中。但是，我們(men) 無法在此類係統中實現可重複性。在一個(ge) 樣本中，粒子以一種方式排列，而在另一種方式中完全不同。對於(yu) 應用任務，您需要一些適合大量生產(chan) 相同設備的東(dong) 西。”

還有第三種方式。我們(men) 可以使用一種中間類型的材料，其中顆粒不會(hui) 像晶體(ti) 中那樣形成周期性的晶格，但同時在數學上有嚴(yan) 格的排序。這些結構被稱為(wei) 準晶體(ti) ，它們(men) 是在1980年代發現的，自那以後就被物理學家研究。

“由於(yu) 準晶體(ti) 沒有周期性，也沒有限製。”Mikhail Rybin教授說，“波可以直接通過而不會(hui) 損失或迅速消失。2017年發表的一篇論文預測了準晶體(ti) 結構中的光局部化現象，我們(men) 必須通過實驗進行確認。”

說起來容易做起來難

在研究準晶體(ti) 的近40年中，物理學家已經了解了它們(men) 的結構並學會(hui) 了在計算機上對其進行建模。問題在於(yu) 這種準晶體(ti) 在微觀水平上不那麽(me) 容易合成。

物理與(yu) 工程學係的博士生Artem Sinelnik說：“那是技術發展為(wei) 我們(men) 提供幫助的時候。” “在我們(men) 的教職員工中，有一種用於(yu) 三維納米打印的裝置，其中的體(ti) 素約為(wei) 半微米，比人的頭發小一百倍。在它的幫助下，我們(men) 創建了一種準晶體(ti) 結構，該結構在三維空間中具有複雜的材料結構分布。”

創建樣本後，科學家們(men) 開始了他們(men) 的初步研究。他們(men) 用電子顯微鏡分析了表麵質量。然後，他們(men) 進行了光學測量，以確認樣品的內(nei) 部容量確實具有準晶體(ti) 結構。

該論文的共同作者阿特姆·西內(nei) 爾尼克（Artem Sinelnik）解釋說：“在那之後，我們(men) 進行了一個(ge) 實驗，將短的光脈衝(chong) 發送到準晶體(ti) ，並測量了所謂的餘(yu) 輝。事實證明，光會(hui) 延遲地離開我們(men) 的樣本，也就是說，該波在內(nei) 部保持了很長時間。因此，我們(men) 已經證實了在三維聚合物準晶體(ti) 中捕獲光的能力。”

前景展望

目前，這項工作還僅(jin) 僅(jin) 是基礎。它演示了使用三維納米打印創建的聚合物準晶體(ti) 的主要光學特性，以及它們(men) 對光的定位能力。但是，正如作者所指出的，該研究可能會(hui) 在將來應用。

“例如，通常根據一種事實來設計激光器，即我們(men) 擁有一種有源介質，在該介質中，光會(hui) 通過足夠大的外部諧振器進行定位，” Mikhail Rybin解釋說。“在這項工作中，我們(men) 已經證明準晶體(ti) 可以將活性介質和諧振器的功能組合在一個(ge) 結構中。”