2016-12-24 Phys. Rev. Lett. 117 (2016) 053902
B.Szafran


Role of Short-Range Order and Hyperuniformity in the Formation of Band Gaps in Disordered Photonic Materials, Luis S. Froufe-Pérez, Michael Engel, Pablo F. Damasceno, Nicolas Muller, Jakub Haberko, Sharon C. Glotzer, and Frank Scheffold, Phys. Rev. Lett. 117 , 053902

Rozwój technik produkcji obiektów w skali mikro i nano, takich jak druk trójwymiarowy, umożliwił tworzenie struktur o interesujących właściwościach optycznych. Takie metamateriały mogą naśladować funkcje obiektów, które znamy z natury, jak choćby wspaniałe kolory ptasich piór i pancerzy owadów lub też realizować całkiem nowe. Niech za przykład posłużą tu kryształy fotoniczne, w których współczynnik załamania światła zmienia się periodycznie w jednym, dwóch lub trzech wymiarach. Pokazano, że przy odpowiednio wysokim kontraście współczynników załamania taki metamateriał charakteryzuje się tzw. przerwą fotoniczną, tj. istnieje przedział długości fal elektromagnetycznych, które nie mogą przez taki materiał przechodzić.

Okazuje się jednak, że periodyczność nie jest warunkiem koniecznym wystąpienia przerwy fotonicznej - skonstruowano już np. kwazikryształy fotoniczne. Co więcej, nie jest nawet potrzebny porządek dalekiego zasięgu. Wystarczy porządek bliskiego zasięgu i odpowiednia topologia. W opublikowanej w Physical Review Letters pracy, dr Jakub Haberko ze współpracownikami z Uniwersytetu we Fryburgu i Uniwersytetu Michigan, skupili się na dwuwymiarowych sieciach uzyskiwanych metodą triangulacji z tzw. superjednorodnych układów punktów. Układy te charakteryzują się zanikającymi fluktuacjami gęstości o dużej długości fali a ich czynnik strukturalny S(q) zmierza do zera przy wektorze falowym q dążącym do zera. Autorzy listu pokazali dwa sposoby uzyskania takich układów punktów: i) poprzez symulacje Monte Carlo gęstego upakowania sztywnych okręgów oraz ii) symulacje dynamiki molekularnej z odpowiednim potencjałem. Ta druga metoda daje w efekcie podklasę układów superjednorodnych, w której S(q) dokładnie zeruje się dla q mniejszych od pewnej wartości granicznej. Pokazujemy, że obie metody prowadzą do struktur o izotropowej (w odróżnieniu od kryształów fotonicznych) przerwie fotonicznej.