Тип публикации: статья из журнала
Год издания: 2020
Ключевые слова: self-assembly, metamaterial, photonic crystal, opal, photonic band gap, electron microscopy, infrared spectroscopy, самосборка, метаматериал, фотонный кристалл, опал, фотонная запрещенная зона, электронная микроскопия, инфракрасная спектроскопия
Аннотация: В данной работе методом самосборки из частиц полиметилметакрилата субмикронного размера с полидисперсностью менее 5% изготовлены двумерные и трехмерные метаматериалы - коллоидные кристаллы. Морфологические особенности полученных образцов исследованы на сканирующем электронном микроскопе сверхвысокого разрешения FE-SEM Hitachi S-550Показать полностью0. Три различные области поверхности трехмерного опала исследованы с помощью спектроскопии отраженного света с угловым разрешением. Измерения спектров проводились в диапазоне 400-1250 нм. Вышеуказанными методами обнаружена высокоупорядоченная структура. Выявлено узкое гранулометрическое распределение частиц. Определены средний диаметр частиц, плотность упаковки, добротность и отражательная способность образцов. На основе экспериментальных спектров отражения выполнена аппроксимация зависимости максимальной длины волны отражательной способности от угла, используя модифицированный закон Брэгга-Снеллиуса. На основании данной зависимости определены длина волны максимума отражения при нормальном падении, диаметр частиц и плотность упаковки. Рассчитана длина волны центра фотонной запрещенной зоны для высокоупорядоченной поверхности при нормальном падении. Экспериментально измеренная полная ширина пика на полувысоте для наилучшего образца составила 70 нм, а добротность - 12.4. Рассчитанный коэффициент заполнения для высокоупорядоченного опала составил 87 %. Средний диаметр частиц, полученный при помощи аппроксимации спектров отражения, отлично согласуется со значениями, полученными с помощью электронной микроскопии. Наиболее интересный результат заключается в том, что отражающая способность поверхности при нормальном падении света может достигать 98 %, и эта величина зависит от коэффициента заполнения - плотности упаковки. In this paper, 2D and 3D metamaterials based on colloidal crystals are made from submicron-sized polymethylmethacrylate particles with a polydispersity of less than 5%. Morphological features of the obtained samples were studied using an ultra-highresolution FE-SEM Hitachi S-5500 scanning electron microscope. Three different surface areas of a three-dimensional opal was investigated using spectroscopy of the reflected light with the angular resolution. The spectra were measured in the range of 400- 1250 nm. The above methods revealed a highly ordered structure. A narrow particle size distribution was revealed. The average particle diameter, packing density, q-factor, and reflectivity of the samples were determined. Based on the experimental reflection spectra, the dependence of the maximum reflectivity wavelength on the angle is approximated using the modified Bragg-Snell law. Based on this dependence, the wavelength of the maximum reflection at normal incidence, the particle diameter, and the packing density are determined. The wavelength of the center of the photonic band gap is calculated for a highly ordered surface at normal incidence. The experimentally measured full width of the peak at half-height for the best sample was 70 nm, and the q factor was 12.4. The calculated filling factor for the highly ordered opal was 87%. The average particle diameter obtained by approximating the reflection spectra is in perfect agreement with the values obtained by electron microscopy. The most interesting result is that the reflectivity of the surface at normal light incidence can reach 98%, and this value depends on the filling factor the density of the package.
Журнал: Ученые записки физического факультета Московского университета
Выпуск журнала: № 5
Номера страниц: 2050101
ISSN журнала: 23079665
Место издания: Москва
Издатель: Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова