В последние годы химики-материаловеды активно разрабатывают методы получения фотонных кристаллов на основе анодных оксидов вентильных металлов. Фотонный кристалл характеризуется фотонной запрещенной зоной (ФЗЗ) – областью оптического спектра, в которой фотоны не могут распространяться внутри материала. На оптических спектрах пропускания ФЗЗ проявляется в виде минимума. Создание фотонных кристаллов с высокой интенсивностью и заданным положением ФЗЗ открывает широкие перспективы их использования в качестве сенсоров для визуального детектирования жидкостей, цветных покрытий без использования красителей, светофильтров и оптических носителей информации. Управление оптическими свойствами фотонных кристаллов посредством условий синтеза – открытая и важная задача, успешно решающаяся в нашей научной группе [1].
Для количественного описания зависимости показателя преломления пленок анодного оксида алюминия от времени и напряжения анодирования была синтезирована серия образцов в потенциостатическом режиме при различных напряжениях с разным временем растравливания пор в растворе электролита. Затем из данной зависимости была аппроксимирована скорость растворения стенок пор анодного оксида алюминия. Расчет показателя преломления и толщины пленок производился путём анализа осцилляций Фабри-Перо на спектрах отражения, толщина уточнялась при помощи растровой электронной микроскопии.
Скорость растворения стенок пор анодного оксида алюминия была использована для разработки методики, позволяющей задавать изменение напряжения от оптической длины образца. Предложенная методика анодирования с обратной связью была использована для синтеза серии образцов с ФЗЗ, располагающейся в диапазоне 250 – 1400 нм.
Положение фотонной запрещенной зоны на оптических спектрах пропускания отклоняется от заданного условиями синтеза значения меньше, чем на 1%. При этом для всех образцов ФЗЗ характеризуется высоким значением добротности (отношение положения минимума пропускания к ширине пика на полувысоте), превышающим 60.
Разработанная методика, реализующая прецизионный контроль над оптическими свойствами фотонных кристаллов с помощью параметров анодирования, открывает новые возможности для синтеза более сложных оптических структур и их широкого применения.
This work was supported by the Russian Foundation for Basic Research (grant number 17-03-01369).
[2] A. Santos, C.S. Law, D.W.C. Lei, T. Pereira, D. Losic // Nanoscale, 2016, 8, 18360–18375.
[3] G.L. Shang, G.T. Fei, Y. Zhang, P. Yan, S.H. Xu, L.D. Zhang // J. Mater. Chem. C, 2013, 1, 5285–5291.
[4] G. Shang, G. Fei, Y. Li, L. Zhang // Nano Res., 2016, 9, 703–712.
[5] P. Yan, G.T. Fei, G.L. Shang, B. Wu, L.D. Zhang // J. Mater. Chem. C, 2013, 1, 1659–1664.
[6] S.E. Kushnir, K.S. Napolskii // Mater. Des., 2018, 144, 140–150.
[7] C. S. Law, S.Y. Lim, A. Santos // Sci. Rep., 2018, 8, 4642.
