非晶金刚石结构光子晶体及其光子帯隙1 非晶金刚石结构光子晶体及其光子帯隙2

  对周期结构光子晶体的光子帯隙,我们已有比较透彻的了解,即与短程序和长程序都相关。但对仅具有短程序的非晶光子晶体,其光子帯隙的特性及来源,还不很清楚。特别是,自然界存在非晶光子晶体结构,如鹦鹉蓝色羽毛,呈现出明亮的非虹彩结构色,其物理来源一直是未解之谜。

  通过结构表征,复旦大学资剑研究小组发现鹦鹉蓝色羽毛的羽枝中存在一种非晶金刚石结构光子晶体,仅具有短程序而无长程序。通过数值模拟,我们发现这种结构的光子态密度中存在一个光子赝帯隙,是蓝色羽毛的非虹彩蓝色的物理起源。因为赝帯隙中光子态密度小,对外界入射光,能够耦合的态就少;而在赝帯隙外,能耦合的态多,这样对处于赝帯隙的光就有很强的反射。而非虹彩效应来源于这种结构仅具有短程序,对各个入射光都具有相同的散射。通过增大折射率,我们还发现非晶金刚石结构光子晶体的光子帯隙从赝帯隙向完全帯隙变化。我们的研究解决了非晶光子晶体的非虹彩构色的物理来源这个长期存在的未解之谜。研究结果还为制备全帯隙非晶光子晶体、探索光的安德森局域化等奠定基础。研究工作发表在PNAS 109, 10798 (2012)。