光子晶體是什么，我們先簡(jiǎn)單介紹一下晶體。

晶體是由大量微觀物質(zhì)單元（原子、離子、分子等）按一定規(guī)則有序排列的周期性結(jié)構(gòu)。晶體在日常生活中經(jīng)常遇到，如食鹽就是氯化鈉晶體，雪花也是晶體，而且具有多種不同的形狀。

半導(dǎo)體也是晶體。我們熟知的高性能芯片就是大規(guī)模、超大規(guī)模的半導(dǎo)體集成電路。半導(dǎo)體能夠具有重要的應(yīng)用價(jià)值，是因?yàn)榘雽?dǎo)體這種晶體具有電子的禁帶、導(dǎo)帶。科學(xué)家利用電子的能帶結(jié)構(gòu)對(duì)電子進(jìn)行**的控制。但由于電子是帶電的，相鄰電子之間有相互作用，這給控制電子帶來(lái)了困難。尤其是當(dāng)結(jié)構(gòu)的尺寸非常小時(shí)，**地控制電子變得極為困難。這使得進(jìn)一步提高芯片的性能也變得極為困難。即存在量子**的限制。

如何進(jìn)一步提高芯片的性能呢？這時(shí)，人們想到了光子。光子不帶電，光子之間沒有相互作用。控制光子比控制電子更簡(jiǎn)單。因此，通過控制光子，可以更容易突破量子**，從而進(jìn)一步提高芯片的性能。如何才能**地控制光子呢？人們發(fā)現(xiàn)，如果傳導(dǎo)光的材料具有晶體一樣的結(jié)構(gòu)，那么，這種材料也會(huì)具有光子的禁帶、導(dǎo)帶。這不就是傳導(dǎo)光的晶體嗎！光子晶體就這樣產(chǎn)生了。人們還發(fā)現(xiàn)，可以把在半導(dǎo)體中很多控制電子的現(xiàn)成的方法和技術(shù)用到對(duì)光子的控制上來(lái)。

半導(dǎo)體是帶電離子的周期性晶體結(jié)構(gòu)，電子的行為受到周期性的約束和影響。而材料對(duì)光傳播特性的影響只能通過折射率（介電常數(shù)）來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，光子晶體一定是折射率（介電常數(shù)）在空間的周期性排列，以使光子受到周期性的約束和影響。折射率的周期分布可以是一維、二維或三維的，它們分別對(duì)應(yīng)于一維、二維和三維光子晶體。

光子晶體具有光子能帶結(jié)構(gòu)。有的能帶禁止某些頻率的光在其中傳播，這些頻率（顏色）的光不能在這個(gè)帶中存在，這就是光子禁帶。有的能帶允許某些頻率的光在其中傳播，對(duì)于這些頻率的光這個(gè)能帶就是光子的導(dǎo)帶。

當(dāng)光子晶體被白光照射射時(shí)，其能帶對(duì)某些頻率的光是導(dǎo)帶，這些頻率的光可以進(jìn)入材料并在其中傳播。而對(duì)其他某些頻率的光來(lái)說，這個(gè)能帶是禁帶，這些頻率的光不能進(jìn)入材料而被完全反射出來(lái)。因此，材料就會(huì)呈現(xiàn)出不同的色彩。自然界中很多東西有鮮艷的彩色，這其實(shí)就與光子晶體有密切關(guān)系。如：南美洲有些蝴蝶的翅膀呈現(xiàn)出美麗的色彩，有的蜥蜴類動(dòng)物也有非常漂亮的顏色，產(chǎn)于澳洲的蛋白石也具有鮮艷的色彩，等等。

既然光子晶體的**特點(diǎn)是光子的能帶結(jié)構(gòu)，人們自然希望光從各個(gè)方向照射時(shí)都存在禁帶，而不是只在一個(gè)方向照射才有禁帶，這就是全空間禁帶。人們還希望禁帶能夠?qū)捯恍Ｈ藗儼l(fā)現(xiàn)，半導(dǎo)體研究中的很多技術(shù)可以用到光子晶體中來(lái)。純凈的半導(dǎo)體不好用，按照理論設(shè)計(jì)摻入雜質(zhì)（摻雜），半導(dǎo)體的性能明顯提高。于是，人們就把摻雜技術(shù)引入到光子晶體的研究中來(lái)，從而大大改善了光子晶體的特性。科學(xué)家們?cè)诠庾泳w研究中，還把一定程度上破壞微觀對(duì)稱性，增加某些宏觀的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性這些半導(dǎo)體研究中的方法移植過來(lái)，都獲得了非常好的效果。

可以有多種方法制作光子晶體，如物理學(xué)中的分子束外延，光刻，離子束刻蝕，晶體生長(zhǎng)，光學(xué)全息，化學(xué)中的自組裝等技術(shù)。

光子晶體已經(jīng)在越來(lái)越多的領(lǐng)域內(nèi)得到了應(yīng)用。光子晶體已經(jīng)被廣泛用于生物成像、光譜學(xué)、人臉識(shí)別、激光雷達(dá)、虛擬現(xiàn)實(shí)等眾多領(lǐng)域。而到目前為止，光子晶體最成功的應(yīng)用莫過于光子晶體光纖。通過特殊的設(shè)計(jì)，用光子晶體材料做成光纖，這個(gè)光纖的中心對(duì)于通訊頻率的光具有導(dǎo)帶，光可以在芯中自由傳播。而芯的周圍對(duì)于通訊頻率的光卻是禁帶，不允許這個(gè)頻率的光存在。因此，光在光纖的芯中傳播時(shí)沒有任何損耗，且不會(huì)跑到芯的外部。這使得光纖的性能大幅度提高。光子晶體光纖還具有其他突出的優(yōu)良性能，因涉及較多的**知識(shí)，這里不詳細(xì)論述了。最近比較熱門的有關(guān)隱身衣的研究也要用到光子晶體材料。

在固態(tài)物理中，與光子相對(duì)應(yīng)的是頻率更低的聲子。由此，科學(xué)家們把光子晶體引申到聲子晶體。而聲子的頻率更低，波長(zhǎng)更長(zhǎng)，聲子晶體也更容易制作。因此，聲子晶體的研究與應(yīng)用也得到了快速的發(fā)展，成為繼光子晶體后的一個(gè)重要發(fā)展方向。

正如前面所述，由于光子之間沒有相互作用，對(duì)光子可以實(shí)現(xiàn)比電子更**的控制，因此更容易突破量子限制，從而使基于光子晶體的芯片性能能夠比現(xiàn)在的半導(dǎo)體芯片有較大的提高。這將為未來(lái)的光計(jì)算、光學(xué)邏輯，光開關(guān)，光信息技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展提供了新的技術(shù)基礎(chǔ)。

西安齊岳生物提供零維/一維/二維/三維四個(gè)分類來(lái)提供幾十個(gè)產(chǎn)品分類和幾千種納米材料產(chǎn)品，材料的材質(zhì)包含金屬納米材料和非金屬納米材料以及他們的氧化物或碳化物及復(fù)合定制材料等等，產(chǎn)品粒徑從5納米-2000納米均可選擇。

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zzj 2021.3.31