據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)7月24日報道,，美國科學(xué)家研發(fā)出了一種新方法,，改變了半導(dǎo)體的三維結(jié)構(gòu),，使其在保持電學(xué)特性的同時擁有了新的光學(xué)性質(zhì),，并據(jù)此研制出了首塊光學(xué)電學(xué)性能都很活躍的新型光子晶體,，為以后研制出新式太陽能電池,、激光器,、超材料等打開了大門。研究發(fā)表在一期《自然·材料學(xué)》雜志上,。

光子晶體材料具有*的物理結(jié)構(gòu),，它能采用不同于傳統(tǒng)光學(xué)材料和設(shè)備的特殊方式誘發(fā)非同尋常的現(xiàn)象并影響光子的行為，可廣泛應(yīng)用于激光器,、太陽能設(shè)備,、超材料等中。之前由科學(xué)家們研制出的光子晶體只能得到用光學(xué)方法激活的設(shè)備,，這些設(shè)備能引導(dǎo)光,，但無法被電所激活，因此,，其無法將電變成光或相反,。

伊利諾斯大學(xué)材料科學(xué)和工程學(xué)教授保羅·布勞恩領(lǐng)導(dǎo)的科研團隊研制出的光子晶體卻兼具光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)。該研究的參與者埃里克·尼爾森解釋道,，新光子晶體可以讓光學(xué)和電學(xué)性能同時達到*化,，這就使人們能更好地控制光的散射、吸收以及增強,。

為了制造出該三維光子晶體,，科學(xué)家們先讓一些細小的球簇擁在一起形成一塊模板，接著,，他們將一種廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體中的材料砷化鎵（GaAs）沉積在模板上,，讓砷化鎵通過模板填充球之間的縫隙。

砷化鎵作為單個晶體開始從下往上生長,，這個過程被稱作外延生長技術(shù),，工業(yè)界一般使用該技術(shù)來制造平的、二維的單晶體半導(dǎo)體薄膜,，但布勞恩團隊卻對這種技術(shù)進行了升級改造,，用來制造錯綜復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)。

這種自下而上的外延生長技術(shù)消除了制造三維光子結(jié)構(gòu)普遍采用的自上而下構(gòu)造方法可能導(dǎo)致的很多缺陷,。另一個好處是,，它讓制造出層層堆積而成的半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)變得更方便,。例如，可以通過先用砷化鎵部分填充該模板,，再用另一種材料填滿,，從而將一個量子勢阱層引入光子晶體中。

一旦該模板被填滿,，科學(xué)家們就會移除球體,，只留下一個復(fù)雜多孔的單晶體半導(dǎo)體三維結(jié)構(gòu)，接著,，他們用一層非常纖薄的具有更寬頻帶間隙的半導(dǎo)體包裹住整個結(jié)構(gòu)以改進其性能并阻止表面復(fù)合,。

該研究團隊使用這項技術(shù)制造出了首塊三維光子晶體發(fā)光二極管。這表明,，使用這種概念能制造出功能性的設(shè)備?，F(xiàn)在，布勞恩團隊正在努力優(yōu)化這種方法,，以制造出特定功能的太陽能電池,、超材料或低閾激光器等。

尼爾森表示,，研究顯示,，可以通過改變設(shè)備的幾何形狀來獲得任何性能，我們可以朝著這個方向前進,，研制出各種超的新能源設(shè)備,。