Нанокомпозиты на основе опаловых матриц как фотонные среды

• Автор: Цветков, Михаил Юрьевич
• Шифр специальности: 05.27.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Шатура
• Количество страниц: 119 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1 ОПАЛОВЫЕ МАТРИЦЫ И ОПАЛОВЫЕ

НАНОКОМПОЗИТЫ ТЕХНОЛОГИЯ, СТРУКТУРА, ХАРАКТЕРИСТИКИ АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

1.1. Основы технологии опаловых матриц.

1.1.1. Кубические упаковки наносфер ЭЮг опаловые матрицы

1.1.2. Планарные опаловые структуры.

1.2. Опаловые матрицы идеальные и реальные

1.3. Опаловые нанокомпозиты

ГЛАВА 2 МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ

ОПАЛОВЫХ НАНОКОМПОЗИТОВ.

2.1 Метод пропитки
2.2 Зольгель метод.
2.3 Планарные опаловые структуры
2.4 Выводы по главе 2.
ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЕ ФОТОЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ
РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В ОПАЛОВЫХ МАТРИЦАХ
3.1 Методы исследования опаловых матриц и опаловых
нанокомпозитов.
3.2 Фотолюминесценция эрбия в опаловых матрицах.
3.3 Ег УЬ опаловые нанокомпозиты
3.3.1. Оптимизация параметров.
3.3.2. Преобразование ИК излучения в видимое
3.4 Фотолюминесценция неодима и иттербия в опаловых
матрицах.
3.5 Выводы по главе 3.
ГЛАВА 4 ОПАЛОВЫЕ НАНОКОМПОЗИТЫ ДЛЯ ФОТОНИКИ
4.1 Опаловые нанокомпозиты вне фотонной запрещенной
зоны. Физические и технологические аспекты.
4.2 Структуры на основе опаловых матриц с квазиЗИ
фотонной запрещенной зоной.
4.3 Лазерная генерация в опаловых нанокомпозитах
4.3.1. Экспериментальная установка и методика проведения эксперимента
4.3.2. Экспериментальные результаты и их обсуждение.
4.4 Выводы по главе 4.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЯ
ЛИТЕРАТУРА


Следует заметить, что впервые на возможность формирования разрешенных и запрещенных фотонных зон было обращено в работах Быкова В. П. [9]. Это один из наиболее дорогих ювелирных камней, известных человеку с глубокой древности. Исключительная редкость в совокупности с красотой и популярностью определяет высокую стоимость камня. С помощью электронной микроскопии установлено, что благородные опалы сложены однородными по размеру частицами кремнезема почти сферической формы с диаметром от 0 до 0 нм, пространство между которыми заполнено аморфным кремнеземом. Промышленные месторождения благородного опала имеются лишь в Австралии, для которой поставки этого драгоценного камня на мировой рынок - важнейший источник валюты. В результате длительных исследований и экспериментов, проводимых в различных лабораториях мира, разработаны различные методы получения этого минерала. Данные технологии охватывают широчайший диапазон материалов и процедур синтеза. Упаковки сферических частиц формируются из различных материалов, как неорганических [], так и органических []. На сегодняшний день технология получения опаловых матриц с размерами "монокристальных" (то есть регулярных высокоупорядоченных упаковок) областей до нескольких десятых долей кубического сантиметра наиболее полно разработана для диоксида кремния (8Юг). Именно на этой основе впервые были получены действительно трехмерные нанокомпозиты с харакгерной наномасштабной структурой. Подобные структуры обеспечивают материалам фотонные свойства и сформировали целую ветвь исследований в области опаловых фотонных кристаллов [-]. Во всем мире активно ведутся работы в этой стремительно развивающейся области. Число публикаций в области фотонных кристаллов и, в часгности, формируемых на основе опаловых матриц расгет экспоненциально (рис. Photonic Crystals Group of Instituto de Ciencia de Matcriales dc Madrid (CSIC) (Spain) [], Photonic Nanostructure Group at the University College Cork of the Tydnall National Institute (Ireland) [], University of Toronto (Canada) [] и другие. Все это подтверждает актуальность работ, проводимых в этом направлении. No. Рис. Рост числа публикации в области фотонных кристаллов []. В нашей стране уже много лет исследованиями опалов занимаются в Институте минералогии и петрографии СО РАН в Новосибирске под руководством профессора Д. В.Калинина []. Значительное количество работ по созданию и исследованию новых фотонных сред на основе опаловых матриц и опаловых нанокомпозитов выполнено в Физико-техническом институте им. А.Ф. Иоффе РАН (В. Н.Богомолов, В. А.А. Каплянский и др. Ю.А. Власов (IBM TJ Watson Research Center), С. Г.Романов (Photonic Nanostructure Group at the University College Cork of the Tydnall National Institute (Ireland)) и др. Подобные работы проводятся также в настоящее время в Физическом институте им. II. II. Лебедева РАН, Институте общей физики им. А.М. Прохорова РАН, Институте общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН, Московском государственном университете им. М.В. Московском государственном техническом университете им. Н.Э. Технология изготовления искусственных ювелирных опалов была разработана и в лаборатории профессора М. И.Самойловича во Всесоюзном научно-исследовательском институте синтеза минерального сырья, в Александрове Владимирской области (рис. На этой базе, уже в Центральном научно-исследовательском технологическом институте «Техномаш», были продолжены и продолжаются в настоящее время работы по созданию и исследованию опаловых матриц и опаловых нанокомпозитов для использования их в качестве фотонных, и не только фотонных, сред (рис. В Институте проблем лазерных и информационных технологий РАН исследования опаловых матриц и опаловых нанокомпозитов развиваются с целью создания принципиально новой компонентной базы для интегральных фотонных цепей []. Рис. Фотографии искусственных опалов, изготовленных в лабораториях профессора Самойловича М. И.: (а) искусственные ювелирные опалы (ВНИИСИМС, г. Александров Владимирской области) и (б) опаловые матрицы (ОАО «ЦНИТИ»Техномаш», г. Москва).