Фотонные кристаллы обладают уникальными оптическими свойствами и характеризуются периодической структурой. Фотонные стёкла, напротив, имеют неупорядоченную структуру, но также интересны с точки зрения использования в будущих оптических устройствах. Можно ли совместить два взаимоисключающих свойства в одном материале? На этот вопрос отвечает международная группа исследователей, в которую входит обладатель мегагранта Юрий Кившарь.

Известно, что фотонные кристаллы – материалы, способные управлять светом, уже активно применяются в создании оптических волокон, лазеров, а также прототипов функциональных элементов будущих фотонных интегральных схем. Уникальные свойства подобных материалов заложены в упорядоченно расположенных структурных элементах кристалла. Именно вследствие упорядоченности элементов-рассеивателей фотонные кристаллы называют кристаллами.

Учёные продолжили данную аналогию и предположили, что в фотонике, наряду с регулярными структурами, можно создавать и некие аморфные, неупорядоченные вещества. Подобный материал удалось синтезировать из коллоидного раствора сферических частиц полиметилметакрилата в 2010 году коллективу испанских и немецких учёных, которые вскоре дали данному классу веществ название – фотонные стёкла. В фотонных стёклах идентичные друг другу образующие элементы формируют неупорядоченную структуру. Примечательно, что её оптические свойства, в отличие от фотонных кристаллов, определяются индивидуальными свойствами рассеивателей, а не их упорядоченным ансамблем. Эти особенности придают материалу уникальные оптические свойства и позволяют реализовывать новые режимы распространения света в неупорядоченных средах.

Интернациональная группа исследователей из Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе РАН, Австралийского национального университета, Лазерного центра в Ганновере и НИУ информационных технологий, механики и оптики, в которую также входил приглашённый иностранный учёный и обладатель мегагранта Юрий Кившарь, для синтеза фотонных кристаллов и стёкол предложила использовать лазер.

Синтез наноструктур проводился при помощи метода трёхмерной лазерной литографии, который заключался в послойной обработке фоточувствительного материала лазерным пучком. При последовательном сканировании лазерным излучением происходила полимеризация фоторезиста в областях, в которых луч находился в фокусе, в то время как структура остальной части материала оставалась неизменной. Затем с помощью проявителя учёные удаляли материал, не подвергшийся воздействию интенсивного лазерного излучения. Сам процесс хода луча контролировался сложной системой позиционирования, которая управлялась компьютерной программой.

Задачу синтеза фотонного стекла исследователи решали в два этапа. На первом этапе описанным методом был получен классический фотонный кристалл, в котором прослойки воздуха чередовались с цилиндрами из фоторезиста диаметром 740 нм. Сменяющие друг друга области воздуха и цилиндров формировали периодическую структуру, которая придавала фотонному кристаллу особые оптические св