Large-area crack-free single-crystal photonic crystals via combined effects of polymerization-assisted assembly and flexible substrate

2012年8月3日 NPG Asia Materials 4, e7 (2012) doi:10.1038/am.2012.38

フォトニック結晶: クラックを抑制する

このたび、Jingxia WangおよびYanlin Songの研究チームが、大面積にわたってクラックが存在しない(クラックフリー)フォトニック結晶の作製に成功した。フォトニック結晶は、光子の伝搬に影響を及ぼすことで、光を閉じ込めて導くことのできるナノ構造体であり、光学デバイスやセンサーの部品として魅力的である。コロイド球を規則正しく集合させたナノ構造体がその一例だが、集合過程において球と球の隙間に応力が発生すると、結晶にクラックが入りやすくなり、フォトニック結晶の応用が著しく妨げられてしまう。クラックを抑制する方法は存在するものの、それらは概して不便であったりコストがかかったりしていた。そんな中、研究チームは今回、従来の堅い基板ではなく柔軟なフレキシブル基板上にコロイド球を集合させ、球と球の隙間でモノマーを重合することで隙間の応力を解放させることに成功、センチメートルスケールの面積を持つ大面積クラックフリー・フォトニック結晶を得た。今回の方法は、フォトニック結晶の利用拡大につながるだけでなく、フォトニック結晶以外でも、クラックの悪影響を受けるコーティングやセラミックスの改良に役立つ可能性がある。

Jinming Zhou, Jingxia Wang, Yu Huang, Guoming Liu, Libin Wang, Shuoran Chen, Xiuhong Liu, Dujin Wang, Yanlin Song & Lei Jiang

Photonic crystals: Free from cracks
Jingxia Wang, Yanlin Song and colleagues have prepared photonic crystals that present no cracks over large areas. Photonic crystals are nanostructures consisting of well-ordered colloidal spheres that can confine and guide light by affecting the propagation of photon, which makes them attractive components in optical and sensing devices. However, stress arising between the spheres during the assembly process often results in cracking of the crystals—a considerable hindrance to their widespread application. Approaches to limit cracking do exist but they often are inconvenient or expensive. Now, by assembling the colloidal spheres on a flexible substrate—rather than a conventional rigid one—and polymerizing a supporting species in the spaces between them, the team has released stress between the spheres giving large crack-free photonic crystals over centimeter-scale areas. This method should enable a more widespread use of photonic crystals, and may also help improve other types of coatings and ceramics where cracks are detrimental.


NPG Asia Materials ISSN 1884-4049(Print) ISSN 1884-4057(Online)