وأيد هذا العمل جزئيا من قبل مؤسسة البحوث للعلوم تقدم (المنحة 10626)، المؤسسة الوطنية للعلوم (DMR-1308084)، وجائزة الداخلية جامعة ولاية سان فرانسيسكو لWM نشكر لدينا متعاون بول م Chaikin من جامعة نيويورك لإجراء مناقشات مفيدة في التصميم التجريبي وتوفير نظام VNA بالنسبة لنا لاستخدامها في الموقع في SFSU. نشكر المتعاونين لدينا النظرية، مخترع المواد HD PBG، ماريان Florescu، بول م ستنهاردت، وسال توركواتو للمناقشات مختلفة وتزويدنا تصميم نمط HD نقطة والمناقشات مستمرة.

1. تصميم هيكل 2D Hyperuniform المختلين عازل 11 <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> اختارت فئة فرعية من نمط 2D نقطة اضطراب hyperuniform (الدوائر الزرقاء في الشكل 2) وتقسيمه (الخطوط الزرقاء في الشكل 2) باستخدام ديلوناي التغطية بالفسيفساء. والتغطية بالفسيفساء 2D ديلوناي هو التثليث الذي يزيد الحد الأدنى من زاوية لكل مثلث شكلت ويضمن عدم وجود نقاط أخرى داخل circumcircle لل كل مثلث 11. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تحديد موقع centroids كل مثلث (الدوائر السوداء الصلبة في الشكل 2)؛ هذه centroids هي مواقع قضبان عازلة نصف قطرها r 11. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ربط centroids من مثلثات المجاورة (خطوط حمراء سميكة في الشكل 2) لتوليد الخلايا حول كل نقطة 11. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إنشاء ملف تصميم CAD ل2 سم HD قالب قاعدة مع الثقوب والفتحات التي سيتم تجميع القضبان والجدران 14. استخدامنمط HD مع متوسط ​​التباعد الداخلي قضيب من = 1.33 سم وضبط حفرة قطرها 2.5 مم ليكون وفتحة عرض ليكون 0.38 ملم. تعيين عمق للثقوب وفتحات ليكون 1 سم عميقة لتحقيق الاستقرار في إدخال قضبان والجدران. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إنشاء ملف تصميم CAD مماثل للقالب قاعدة البلورية (شعرية مربع) للمقارنة 14. استخدام نفس ثابتة شعرية كهيكل HD (1.33 سم) ونفس ثقب دائرة نصف قطرها (2.5 مم) وفتحة بعرض (0.38 ملم). </li></ol> 2. عينة البناء والإعداد <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> صنع القالب. تصنيع HD وميدان قواعد البلاستيك شعرية باستخدام آلة المجسمة التي تنتج نموذجا من البلاستيك الصلب بواسطة الليزر فوق البنفسجية الصور البلمرة. استخدام الراتنج واضح، على سبيل المثال البلاستيك مثل البولي. القرار هو 0.1 ملم في الاتجاهين الأفقي والرأسي على حد سواء. (انظر الشكل 3، لوحة وسط). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إعداد اللبنات: أمر متاح تجاريا ص ألوميناالمواد المستنفدة للأوزون وجدران رقيقة قطع لأبعاد محددة (انظر الشكل 3، ترك لوحة). تعيين الارتفاع إلى أن ما لا يقل عن عدد قليل من الأطوال الموجية، على سبيل المثال 10.0 سم. قطر كل قضبان هو 5.0 ملم. سمك الجدار هو 0.38 ملم دائما والاعراض تختلف من 1.0 ملم إلى 5.3 ملم، 0.2 ملم مع الزيادات. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بناء هيكل اختبار خالية من العيوب لقياس فجوة الحزمة. إدراج قضبان والجدران في قاعدة لبنية الهيكل المطلوب. يظهر عرض الجانب من شبكة مصنوعة من كلا قضبان والجدران على قاعدة البوليمر في الشكل 3، اللوحة اليمنى. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تصميم الدليل الموجي أو عيب تجويف: إنشاء الدليل الموجي المختلفة من خلال عينات مباشرة من خلال إزالة أو تعديل قضبان والجدران على طول مسار مصممة، كما هو موضح في الشكلين 9A و9C. تصميم وحدات من العينات يسمح تعديل سريع وسهل من نقطة وخط أو منحنى العيوب. </li></ol> 3. الصكوك الرئيسية <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> استخدام مكنسة توليفها (مولد الميكروويف) لتوفير أفران ميكروويف مع تغطية تردد من 45 إلى 50 ميغاهيرتز غيغاهرتز مع 1 دقيقة هرتز قرار تردد. ربط المولدات لاختبار مجموعة S-المعلمة لقياس المعلمات انتقال بين اثنين من الموانئ (محطات). استخدام للأغراض العامة واجهة حافلة (GPIB) وصلات وكابلات للاتصالات بين كاسحة واختبار مجموعة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> استخدام محلل شبكة الميكروويف المتجهات (VNA) لمعالجة إشارة وردت من S-المعلمة وقياس حجم إشارة ومرحلة وضع الاختبار. تعيين اختبار S-مجموعة المعلمة إلى وضع S21 بحيث VNA إخراج ملف بيانات تحتوي على العناصر الحقيقية والمتخيلة من الكشف الميداني في ميناء E 1 فيما يتعلق إشارة مصدر من ميناء 2 كدالة للتردد </li></ol> 4. إعداد صك <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بدء / نهاية التردد. تحديد بداية ونهاية القيم المناسبة لنطاق التردد لقياس باستخدام VNA لناالقائمة إيه. نطاق الترددات ذات الصلة المرتبطة PBG يعتمد على مؤشر عازلة من تباعد شعرية من العينات. استخدام 7 غيغاهيرتز إلى 15 غيغاهرتز أفران ميكروويف لعينات ألومينا مع تباعد شعرية أ = 1.33 سم. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> عامل في المتوسط. ناقلات محلل يحسب كل نقطة بيانات على أساس متوسط ​​قياسات متعددة للحد من الضوضاء عشوائي. حدد عامل المتوسط ​​من 512 إلى 4،096 عن طريق إدخال متعددة المطلوب على لوحة المفاتيح VNA. اختيار عاملا المتوسط ​​العالي للحد من الضوضاء واختار عاملا المتوسط ​​أقل لسرعة المسح الضوئي. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> عدد من النقاط. لإجراء قياسات في 7 غيغاهيرتز إلى 15 غيغاهرتز النطاق، اختار الحد الأقصى لعدد نقاط البيانات (801)، من القائمة VNA على الشاشة، لتحقيق قرار تردد 10 ميغاهرتز. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> المعايرة. معايرة النظام مباشرة عن طريق قياس نسبة انتقال النسبية، وتطبيع ضد انتقال إعداد معايرة قبل مع نفس الخلفية وبدون العينة بين antenn قرنو. من خلال ذلك، كل خسارة الخلفية بسبب الكابلات والمحولات، الدليل الموجي، والهوائيات يمكن القضاء، ونسبة انتقال النسبية مع وبدون العينة المختبرة وسجلت مباشرة. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> لقياس فجوة الحزمة، وقياس انتقال الميكروويف من خلال مساحة حرة بين قرني التي تواجه بعضها البعض في مسافة 28 ألف وحفظ النتائج على النحو المعايرة المحددة في VNA. قبل أخذ البيانات للتجربة الفعلية مع هيكل بين قرني، بدوره على وضع المعايرة عن طريق اختيار &quot;المعايرة ON&quot; على شاشة VNA. البيانات سوف تحسب على أساس VNA يكون تطبيع تلقائيا ضد مجموعة المعايرة وترجع نسبة انتقال السلطة مع وبدون العينة في المكان. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> لقياس الدليل الموجي، لم يتم تعريف جيدا معايرة ذات مغزى، منذ انتقال العدوى عن طريق العينة الدليل الموجي يمكن أن يتجاوز بسهولة انتقال معايرة بين قرني في الفضاء الحر. بدورهمن المعايرة على VNA رصد وتسجيل نقل الخام، وهي إشارة الكشف عن أكثر من إشارة المصدر. وضع قرون بجوار فتحات قناة الدليل الموجي لتحقيق أفضل كفاءة اقتران. </li></ol></li></ol> 5. الإعداد التجريبي <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تكوين الإعداد التجريبية هو مبين في الشكل 4. عالية الجودة استخدام الكابلات المحورية شبه مرنة لربط الموانئ بين مجموعة اختبار S-المعلمة مع الدليل الموجي الإدخال / الإخراج. ربط هوائيات القرن الهرمية مع الموانئ من خلال الدليل الموجي مستطيلة وضع واحد ومحولات لضمان أن تكون إشعاع الاستقطاب خطيا، وحقل E من الإشعاع من القرن موازية للحافة قصيرة من قرن. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> لقياس فجوة الحزمة: الانضمام إلى الخطوات التالية لقياس انتقال العدوى عن طريق العينات خالية من العيوب لتوصيف PBG من عينات مجانية عيب. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> محاذاة قرون عموديا وأفقيا لمواجهة بعضها البعض. ترتيب حorns على مسافة بعيدة بما فيه الكفاية، مثل 20 مرة من متوسط ​​الطول الموجي، بحيث إشعاع بعيدة الميدان الوصول إلى عينة يمكن أن يقترب إلى موجات الطائرة. معايرة انتقال بين قرني تواجه في الفضاء الحر دون عينة الاختبار وتخزينه في الذاكرة المعايرة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع هياكل خالية من العيوب مصنوع من قضبان والجدران على المسرح في الدورية بين قرني تواجهها. بدوره على مجموعة معايرة المسجلة في الذاكرة VNA خلال الخطوة 5.2.1. هذا النظام هو الآن على استعداد لقياس نسبة انتقال النسبية من خلال عينة تطبيع ضد انتقال السلطة من الذاكرة معايرة. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> عن الدليل الموجي والقياسات العيوب تجويف: الانضمام إلى الخطوات التالية لإعداد التجارب: <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بناء مختلف الدليل الموجي وتجاويف عن طريق إزالة أو استبدال القضبان والجدران في هياكل خالية من العيوب، كما هو موضح في الشكلين 9A و9C. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ترتيبقرون أقرب إلى فتحات قناة ممكن لضمان اقتران جيد في القناة. لمركز القنوات المنحنية وعازمة قرون في منتصف القناة بالتوازي مع الحافة إلى الافتتاح. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إيقاف المعايرة. الآن النظام VNA جاهز لقياس وتسجيل نسبة نقل الخام من قوة الكشف في ميناء 2 على السلطة مصدر في المنفذ 1. </li></ol></li></ol> 6. اقتناء وتحليل البيانات <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تميز الاعتماد الزاوي من الخصائص الضوئية من العينات: <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> مكان الهياكل المصنوعة من القضبان والجدران مع الحدود دائري تقريبا على خشبة المسرح في الدورية بين قرني تواجهها. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تأكد من معايرة المحفوظة في ذاكرة VNA قيد التشغيل في الخطوة 5.2.2. الصفر مقياس زاوية على الدورية وقياس مرحلة انتقال من خلال هيكل. بعد القياس المبدئي عند مستوى الصفر زاوية الحادث، تدوير العينة وقياس انتقال المساواة في زاوية incremالوالدان، مثل كل 2 درجة حتى 180 درجة دوران يتم التوصل. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تميز الاعتماد الاستقطاب من الخصائص الضوئية للعينات: إجراء جميع القياسات المذكورة أعلاه في اثنين الاستقطابات مختلفة على التوالي، عن طريق تغيير التوجهات افتتاح قرن. لTM الاستقطاب، تعيين الحافة القصيرة قرون &quot;(الاتجاه الميدان E) عمودي على المستوى الأفقي للقاعدة العينة وبالتوازي مع قضبان. لTE الاستقطاب، وتناوب القرون 90 درجة، بحيث حواف قصيرة منها (الاتجاه الميدان E) هي في المستوى الأفقي. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تميز مختلف القنوات الدليل الموجي: تأكد من تشغيل المعايرة تشغيله في الخطوة 5.3.3. وضع قرون بجانب عينة للحصول على أفضل اقتران. قياس الإرسال من خلال مختلف القنوات شيدت عن طريق إزالة و / أو استبدال القضبان والجدران على طول مسار القناة. في حين رصد إشارة الإرسال على VNA في الوقت الحقيقي، وتعديل مسار القناة من خلال إعلاندينغ وإزالة قضبان إضافية والجدران لتحسين عرض النطاق الترددي انتقال السلطة أو تصفية المطلوب. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> أداء قياسات مماثلة على غرار ما تم وصفها أعلاه على شعرية مربع الكريستال الضوئية للمقارنة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تحليل البيانات. تحليل الرسم البياني والبيانات باستخدام برنامج كمبيوتر، مثل MATLAB. مؤامرة قياس الإرسال كما تردد وظيفة (خط المؤامرة)، مثل الشكل 5 الشكل 2 والشكل 9B و9D لدراسة مؤقت من خلال عينات أو نقل تمريرة على الرغم من أن القنوات الدليل الموجي. انتقال مؤامرة كدالة للتردد وزاوية (لون كفاف مؤامرة) لتحليل خصائص العصابات وقف الهياكل واعتمادهم الزاوي، كما هو مبين في الشكل 6 والشكل 7. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> هذا البروتوكول يقترح يقدمون انتقال تقاس من خلال عينات كدالة للتردد والوقائع زاوية في coordi القطبيnates 12، من أجل رؤية مباشرة التماثلات التناوب والاعتماد الزاوي من الخصائص الضوئية. توليد المؤامرات القطبية تنسيق لتظهر مباشرة على حدود منطقة Brillouin الهياكل البلورية وتكشف العلاقة بين تشكيل PBG وطائرات براج نثر (حدود منطقة Brillouin) في البلورات وquasicrystals. </li></ol>

<ol>
	<li>Strut, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The propagation of waves through a Medium Endowed with a Periodic structure. Philosophical magazine. XXIV, 145-159 (1887).</li><li>Yablonovitch, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Inhibited+spontaneous+emission+in+solid-state+physics+and+electronics.">Inhibited spontaneous emission in solid-state physics and electronics.</a> Phys. Rev. Lett. 58, 2059-2062 (1987).</li><li>Yablonovitch, E., Gmitter, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photonic+band+structure:+The+face-centered-cubic+case.">Photonic band structure: The face-centered-cubic case.</a> Phys. Rev. Lett. 63, 1950-1953 (1989).</li><li>Sajeev, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Strong+localization+of+photons+in+Certain+Disordered+Dielectric+super+lattices.">Strong localization of photons in Certain Disordered Dielectric super lattices.</a> Phys. Rev. Lett. 58, 2486-2489 (1987).</li><li>Joannopoulos, J., Johnson, S. G., Winn, J. N., Mead, R. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Photonic Crystals: Molding the Flow of Light. , 243-248 (2008).</li><li>Noda, S., Chutinan, A., Trappin Imada, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=emission+of+photons+by+a+single+defect+in+a+photonic+bandgap+structure.">emission of photons by a single defect in a photonic bandgap structure.</a> Nature. 407, 608-610 (2000).</li><li>Cao, H., Zhao, Y. G., Ho, S. T., Seeling, E. W., Wang, Q. H., Chang, R. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Random+laser+action+in+semiconductor+powder.">Random laser action in semiconductor powder.</a> Phys. Rev. Lett. 82, 2278-2281 (1999).</li><li>Chutinan, A., John, S., Toader, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diffractionless+flow+of+light+in+all-optical+microchips.">Diffractionless flow of light in all-optical microchips.</a> Phys. Rev. Lett. 90, 123901 (2003).</li><li>Vynck, K., Burresi, M., Riboli, F., Wiersma, D. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photon+management+in+two-dimensional+disordered+media.">Photon management in two-dimensional disordered media.</a> Nature Mater. 11, 1017-1022 (2012).</li><li>Ishizaki, K., Koumura, M., Suzuki, K., Gondaira, K., Noda, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Realization+of+three-dimensional+guiding+of+photons+in+photonic+crystals.">Realization of three-dimensional guiding of photons in photonic crystals.</a> Nature Photon. 7, 133-137 (2013).</li><li>Florescu, M., Torquato, S., Steinhardt, P. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Designer+disordered+materials+with+large,+complete+PBGs.">Designer disordered materials with large, complete PBGs.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. 106, 20658-20663 (2009).</li><li>Man, W., Megens, M., Steinhardt, P. J., Chaikin, P. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+measurement+of+the+photonic+properties+of+icosahedral+quasicrystals.">Experimental measurement of the photonic properties of icosahedral quasicrystals.</a> Nature. 436, 993-996 (2005).</li><li>Torquato, S., Stillinger, F. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Local+density+fluctuations,+hyperuniformity,+and+order+metrics.">Local density fluctuations, hyperuniformity, and order metrics.</a> Phys. Rev. E. 68, 041113 (2003).</li><li>Man, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Isotropic+band+gaps+and+freeform+waveguides+observed+in+hyperuniform+disordered+photonic+solids.">Isotropic band gaps and freeform waveguides observed in hyperuniform disordered photonic solids.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. 110, 15886-15891 (2013).</li><li>Freeform wave-guiding and tunable frequency splitting in isotropic disordered photonic band gap materials. Frontiers in Optics 2012/Laser Science XXVIII, OSA Technical Digest (online) Available from: <a target="_blank" href="https://www.osapublishing.org/abstract.cfm?uri=FiO-2012-FTh2G.5">https://www.osapublishing.org/abstract.cfm?uri=FiO-2012-FTh2G.5</a> (2012)</li><li>Cavity Modes Study in Hyperuniform Disordered Photonic Bandgap Materials. Frontiers in Optics 2012/Laser Science XXVIII, OSA Technical Digest (online) Available from: <a target="_blank" href="https://www.osapublishing.org/abstract.cfm?uri=FiO-2012-FTh3F.4">https://www.osapublishing.org/abstract.cfm?uri=FiO-2012-FTh3F.4</a> (2012)</li><li>Man, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photonic+band+gap+in+isotropic+hyperuniform+disordered+solids+with+low+dielectric+contrast.">Photonic band gap in isotropic hyperuniform disordered solids with low dielectric contrast.</a> Opt. Express. 21, 19972-19981 (2013).</li><li>Man, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+observation+of+photonic+bandgaps+in+Hyperuniform+disordered+materials.">Experimental observation of photonic bandgaps in Hyperuniform disordered materials.</a> , (2010).</li><li>Schelew, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+integrated+planar+photonic+circuits+fabricated+by+a+CMOS+foundry.">Characterization of integrated planar photonic circuits fabricated by a CMOS foundry.</a> Journal of Lightwave Technology. 31 (2), 239 (2013).</li><li>Guo, Y. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sensitive+molecular+binding+assay+using+a+photonic+crystal+structure+in+total+internal+reflection.">Sensitive molecular binding assay using a photonic crystal structure in total internal reflection.</a> Opt. Express. 16, 11741-11749 (2008).</li></ol>

الكتاب ليس لديهم ما يكشف.

بدءا من نمط نقطة المختلين hyperuniform، 2D HD الهياكل تتكون قضبان و / أو يمكن تصميم شبكة جدار للحصول على PBG الكامل لجميع الاستقطاب 11. على أساس تصميم، اقمنا قالب مع ثقوب وفتحات لتجميع قضبان 2D الألومينا وهياكل الجدران في سم النطاق التي يمكن اختبارها مع أفران ميكروويف. اختر...

وكان وجود فجوة الحزمة للفوتونات محورا للعديد من الأعمال العلمية، بدءا من دراسات سابقة قام به اللورد رايلي على الموجات توقف بعد واحد، مجموعة من الترددات التي ممنوعون من نشر عبر وسيط الدوري 1. البحث في الموجات الكهرومغناطيسية (EM) نشر في دورية الهياكل وازدهرت حقا في العقدين الماضيين بعد المنشورات المنوية من E. Yablonovitch 2،3 وS. يوحنا 4. وقد صاغ مصطلح &quot;الكريستال الضوئية&quot; التي Yablonovitch لوصف هياكل عازلة الدورية التي تمتلك فجوة الحزمة الضوئية (PBG). البلورات الضوئية هي هياكل عازلة دورية حيازة التماثلات متعدية منفصلة، ​​مما يجعلها ثابتة تحت الترجمات في اتجاهات الدورية. عندما يقابل هذا مع تواتر موجات واردة من الكهرومغناطيسية (EM) الأمواج، عصابة سالترددات و تصبح الموهنة للغاية وربما وقف نشر. إذا اسعة بما فيه الكفاية، نطاقات الترددات المحرمة، كما دعا العصابات توقف، قد تتداخل في كل الاتجاهات لخلق PBG، ومنع وجود الفوتونات من ترددات معينة. من الناحية النظرية، EM الموجات في البلورات الضوئية يشبه الإلكترون انتشار الموجات في المواد أشباه الموصلات، والتي لها المنطقة المحرمة الطاقات الإلكترون، والمعروف أيضا باسم فجوة الحزمة. على غرار الطريقة التي يعمل مهندسا أشباه الموصلات لمراقبة وتعديل تدفق الإلكترونات عبر أشباه الموصلات والمواد PBG يمكن استخدامها لمختلف التطبيقات التي تتطلب السيطرة البصرية. على سبيل المثال، يمكن حصر المواد PBG ضوء ترددات معينة في تجاويف حجم الطول الموجي، وتوجيه أو ضوء فلتر على طول خط عيوب فيها 5. واقترح PBG المواد لاستخدامها في التحكم في تدفق ضوء للتطبيقات في الاتصالات السلكية واللاسلكية 6، ليزر 7، والدوائر البصرية والحوسبة البصرية 8، وحصاد الطاقة الشمسية 9. A-ثنائي الأبعاد (2D) شعرية مربع الكريستال الضوئية لديه التماثل التناوب 4 أضعاف. موجات EM دخول الكريستال في زوايا مختلفة من الإصابة (على سبيل المثال، 0 درجة و 45 درجة فيما يتعلق الطائرات شعرية) ستواجه دوريات مختلفة. براج تشتت في اتجاهات مختلفة يؤدي إلى وقف عصابات من الأطوال الموجية المختلفة التي قد لا تتداخل في كل الاتجاهات لتشكيل PBG، دون عال جدا الانكسار مؤشر على النقيض من المواد. بالإضافة إلى ذلك، في الهياكل 2D، اثنين من مختلف الاستقطابات موجة EM، مستعرضة الكهربائية (TE) والعرضي المغناطيسي (TM)، وغالبا ما تشكل bandgaps على ترددات مختلفة، مما يجعلها أكثر صعوبة لتشكيل PBG كاملة في كل الاتجاهات لجميع الاستقطابات 5. في الهياكل الدورية، والخيارات محدودة من التماثل التناوب تؤدي إلى تباين جوهري (انجولاالاعتماد ص)، الأمر الذي يجعل ليس فقط من الصعب لتشكيل PBG كاملة، ولكن أيضا يحد كثيرا من حرية تصميم عيوب وظيفية. على سبيل المثال، ثبت التصاميم الدليل الموجي إلى أن يقتصر على خيارات محدودة جدا من الاتجاهات الرئيسية التماثل في البلورات الضوئية 10. من وحي لتجاوز هذه القيود بسبب تواترها، وقد تم إجراء الكثير من البحوث في السنوات ال 20 الماضية على المواد PBG غير تقليدية. مؤخرا واقترح فئة جديدة من المواد المختلين لتمتلك الخواص الكامل PBG في غياب دورية أو quasiperiodicity: اضطراب hyperuniform (HD) هيكل PBG 11. العصابات الضوئية لا يكون الحل التحليلي المحدد في الهياكل الاضطراب. الدراسة النظرية من الخصائص الضوئية للهياكل المختلين يقتصر على المحاكاة العددية تستغرق وقتا طويلا. لحساب العصابات، تحتاج إلى محاكاة تستخدم طريقة تقريب خلايا فائقة وافاعيالقوة الحسابية علامة مميزة قد تحد من حجم محدود من الخلية الفائقة. لحساب انتقال العدوى عن طريق هذه الهياكل، المحاكاة الحاسوبية غالبا ما تحمل ظروف مثالية ومشاكل العالم الحقيقي وبالتالي إهمال مثل اقتران بين المصدر وكاشف، الحادث الفعلي EM موجة الشخصية، والمواءمة عيوب 12. وعلاوة على ذلك، فإن أي تعديل (تصميم عيب) لمحاكاة هيكل يتطلب جولة أخرى من المحاكاة. نظرا لحجم كبير من الحد الأدنى للمعنى لخلية فائقة، فمن مملة جدا وغير عملي لاستكشاف منهجي مختلف أبنية تصميم عيب لهذه المواد المختلين. يمكننا تجنب هذه المشكلات الحسابية من خلال دراسة الهياكل الضوئية المختلين تجريبيا. من خلال تجاربنا نحن قادرون على التحقق من وجود PBG كامل في الهياكل HD. تجارب باستخدام الميكروويف، ويمكننا أيضا الحصول على معلومات تكشف عن مرحلة وزعته الحقليسود تبادل وتشتت خصائص الدول الضوئية الموجودة فيها. باستخدام عينة بسهولة للتعديل وحدات في سم النطاق، يمكننا اختبار مختلف والدليل الموجي تجويف (عيب) تصاميم في النظم المختلين وتحليل متانة PBGs. هذا النوع من تحليل الهياكل المعقدة الضوئية المختلين هو إما غير عملي أو من المستحيل الحصول عليها من خلال الدراسات العددية أو النظرية. عملية التصميم تبدأ من خلال اختيار نمط نقطة &quot;التخفي&quot; hyperuniform 13. أنماط نقطة Hyperuniform هي النظم التي التباين عدد من النقاط ضمن &quot;كروية&quot; نافذة أخذ العينات من دائرة نصف قطرها R، وينمو ببطء أكثر من نافذة لحجم كبير R، أي ببطء أكثر من R د في د الأبعاد. على سبيل المثال، في توزيع بواسون 2D عشوائية نمط نقطة، والتباين في عدد من النقاط في المجال R يتناسب مع R &lt;سوب&gt; 2. ومع ذلك، في نمط نقطة اضطراب hyperuniform، التباين من النقاط في إطار نصف قطرها R، R يتناسب مع الشكل 1 يبين مقارنة بين نمط hyperuniform نقطة المختلين ونمط نقطة بواسون 11. نستخدم فئة فرعية من أنماط نقطة المختلين hyperuniform يسمى &quot;التخفي&quot; 11. باستخدام بروتوكول تصميم وصفها في Florescu 11 آخرون، ونحن بناء شبكة من الجدران العازلة للكهرباء وقضبان، وخلق بنية عازلة hyperuniform 2D يشبه الكريستال، ولكن من دون القيود الملازمة لتواترها والخواص. الشبكات جدار مواتية لTE-الاستقطاب ذات فجوة الحزمة، في حين أن قضبان هي الأفضل لتشكيل الثغرات الفرقة مع TM-الاستقطاب. وقد تم تطوير تصميم وحدات، بحيث عينات يمكن تعديلها بسهولة للاستخدام مع استقطابات مختلفة وانترودucing الدليل الموجي حر والعيوب تجويف. بسبب الثابتية حجم معادلات ماكسويل، والخصائص الكهرومغناطيسية التي لوحظت في نظام الميكروويف قابلة للتطبيق مباشرة إلى أنظمة الأشعة تحت الحمراء والبصرية، حيث سيتم تحجيم العينات إلى ميكرون وsubmicron الأحجام.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="599">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">stereolithography machine</td>
			<td style="width:97px;">3D Systems</td>
			<td style="width:119px;">SLA-7000</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">resin for base</td>
			<td style="width:97px;">3D Systems</td>
			<td style="width:119px;">Accura 60</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Alumina rods</td>
			<td style="width:97px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>r=2.5mm, cut to 10.0cm height</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Alumina sheets</td>
			<td style="width:97px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>thickness 0.38mm, various width: from 1.0mm to 5.3mm with 0.2mm incerments</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Microwave Generator</td>
			<td style="width:97px;">Agilent/HP</td>
			<td style="width:119px;">83651B</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">S-Parameter Test set</td>
			<td style="width:97px;">Agilent/HP</td>
			<td style="width:119px;">8517B</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Microwave Vector Network Analyzer</td>
			<td style="width:97px;">Agilent/HP</td>
			<td style="width:119px;">8510C</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

using microwave and macroscopic samples of dielectric solids to study the photonic properties of disordered photonic bandgap materials

في الآونة الأخيرة، وقد اقترحت المختلين المواد الضوئية كبديل للبلورات دورية لتشكيل فجوة الحزمة الضوئية كاملة (PBG). في هذه المقالة سنقوم بشرح الطرق لبناء وتوصيف البنى الضوئية المختلين العيانية باستخدام أفران ميكروويف. يوفر نظام الميكروويف الأكثر ملاءمة حجم العينة التجريبية لبناء واختبار وسائل الاعلام PBG. مكونات شعرية عازلة التلاعب بها بسهولة تمتد المرونة في بناء هياكل 2D المختلفة على رأس قوالب بلاستيكية مطبوعة مسبقا. بني مرة واحدة، وهياكل يمكن تعديلها بسرعة مع النقطة والخط العيوب لجعل الدليل الموجي حر والمرشحات. ويتم اختبار على نطاق واسع باستخدام محلل شبكة النواقل وزوجا من الهوائيات القرن الميكروويف. نظرا لحجم الممتلكات الثابتية من المجالات الكهرومغناطيسية، والنتائج التي حصلنا عليها في منطقة الميكروويف يمكن تطبيقها مباشرة إلى مناطق تحت الحمراء والبصرية. نهجنا هو بسيط ولكنه يسلم exciتينغ رؤية جديدة في طبيعة الضوء والمختلين التفاعل المسألة. وتشمل النتائج بممثل المظاهرة التجريبية الأولى من وجود PBG كامل وموحد الخواص في ثنائي الأبعاد (2D) hyperuniform هيكل عازلة المختلين. بالإضافة إلى ذلك علينا أن نظهر تجريبيا قدرة هذا الهيكل الضوئية رواية لتوجيه الموجات الكهرومغناطيسية (EM) من خلال الدليل الموجي حر الشكل التعسفي.

حققنا أول تأكيد من أي وقت مضى من الخواص الكامل PBG موجودة في اضطراب hyperuniform الهياكل عازلة. هنا، فإننا نقدم لدينا هيكل HD النتائج ومقارنتها إلى أن من شعرية مربع الكريستال الضوئية الدوري. ويبين الشكل 5 مؤامرة سجل شبه من TE انتقا...

Watch this Scientific Journal Video about Using Microwave and Macroscopic Samples of Dielectric Solids to Study the Photonic Properties of Disordered Photonic Bandgap Materials at JoVE.com

Using Microwave and Macroscopic Samples of Dielectric Solids to Study the Photonic Properties of Disordered Photonic Bandgap Materials

الهياكل المختلين توفر آليات جديدة لتشكيل bandgaps الضوئية وحرية غير مسبوقة في التصاميم الفنية من العيوب. للتحايل على التحديات الحسابية نظم المختلين، نبني عينات العيانية وحدات من فئة جديدة من المواد PBG واستخدام الموجات الدقيقة لتوصيف خصائص ثابتة على نطاق والضوئية، بطريقة سهلة وغير مكلفة.

باستخدام الميكروويف وعينات ترى بالعين المجردة وعازل المواد الصلبة لدراسة خصائص الضوئية من المختلين المواد الضوئية فرق الطاقة

Recently, disordered photonic materials have been suggested as an alternative to periodic crystals for the formation of a complete photonic bandgap (PBG). ...

using-microwave-macroscopic-samples-dielectric-solids-to-study

Research

JoVE Journal

Engineering

12.2K Views.  San Francisco State University.  الهياكل المختلين توفر آليات جديدة لتشكيل bandgaps الضوئية وحرية غير مسبوقة في التصاميم الفنية من العيوب. للتحايل على التحديات الحسابية نظم المختلين، نبني عينات العيانية وحدات من فئة جديدة من المواد PBG واستخدام الموجات الدقيقة لتوصيف خصائص ثا...

Video: Using Microwave and Macroscopic Samples of Dielectric Solids to Study the Photonic Properties of Disordered Photonic Bandgap Materials

Harvesting Solar Energy by Means of Charge-Separating Nanocrystals and Their Solids

Conjoining different semiconductor materials in a single nano-composite provides synthetic means for the development of novel optoelectronic materials offering a superior control over the spatial distribution of charge carriers across material interfaces. As this study demonstrates, a combination of donor-acceptor nanocrystal (NC) domains in a single nanoparticle can lead to the realization of efficient photocatalytic1-5 materials, while a layered assembly of donor- and acceptor-like nanocrystals films gives rise to photovoltaic materials.
Initially the paper focuses on the synthesis of composite inorganic nanocrystals, comprising linearly stacked ZnSe, CdS, and Pt domains, which jointly promote photoinduced charge separation. These structures are used in aqueous solutions for the photocatalysis of water under solar radiation, resulting in the production of H2 gas. To enhance the photoinduced separation of charges, a nanorod morphology with a linear gradient originating from an intrinsic electric field is used5. The inter-domain energetics are then optimized to drive photogenerated electrons toward the Pt catalytic site while expelling the holes to the surface of ZnSe domains for sacrificial regeneration (via methanol). Here we show that the only efficient way to produce hydrogen is to use electron-donating ligands to passivate the surface states by tuning the energy level alignment at the semiconductor-ligand interface. Stable and efficient reduction of water is allowed by these ligands due to the fact that they fill vacancies in the valence band of the semiconductor domain, preventing energetic holes from degrading it. Specifically, we show that the energy of the hole is transferred to the ligand moiety, leaving the semiconductor domain functional. This enables us to return the entire nanocrystal-ligand system to a functional state, when the ligands are degraded, by simply adding fresh ligands to the system4.
To promote a photovoltaic charge separation, we use a composite two-layer solid of PbS and TiO2 films. In this configuration, photoinduced electrons are injected into TiO2 and are subsequently picked up by an FTO electrode, while holes are channeled to a Au electrode via PbS layer6. To develop the latter we introduce a Semiconductor Matrix Encapsulated Nanocrystal Arrays (SMENA) strategy, which allows bonding PbS NCs into the surrounding matrix of CdS semiconductor. As a result, fabricated solids exhibit excellent thermal stability, attributed to the heteroepitaxial structure of nanocrystal-matrix interfaces, and show compelling light-harvesting performance in prototype solar cells7.

A general strategy for the development of charge-separating semiconductor nanocrystal composites deployable for solar energy production is presented. We show that assembly of donor-acceptor nanocrystal domains in a single nanoparticle geometry gives rise to a photocatalytic function, while bulk-heterojunctions of donor-acceptor nanocrystal films can be used for photovoltaic energy conversion.

حصاد الطاقة الشمسية من وسائل البلورات النانوية المسؤول فصل المواد الصلبة وتلك

Conjoining different semiconductor materials in a single nano-composite provides synthetic means for the development of novel optoelectronic materials ...

Micro 3D Printing Using a Digital Projector and its Application in the Study of Soft Materials Mechanics

Buckling is a classical topic in mechanics. While buckling has long been studied as one of the major structural failure modes1, it has recently drawn new attention as a unique mechanism for pattern transformation. Nature is full of such examples where a wealth of exotic patterns are formed through mechanical instability2-5. Inspired by this elegant mechanism, many studies have demonstrated creation and transformation of patterns using soft materials such as elastomers and hydrogels6-11. Swelling gels are of particular interest because they can spontaneously trigger mechanical instability to create various patterns without the need of external force6-10. Recently, we have reported demonstration of full control over buckling pattern of micro-scaled tubular gels using projection micro-stereolithography (P&mu;SL), a three-dimensional (3D) manufacturing technology capable of rapidly converting computer generated 3D models into physical objects at high resolution12,13. Here we present a simple method to build up a simplified P&mu;SL system using a commercially available digital data projector to study swelling-induced buckling instability for controlled pattern transformation.
A simple desktop 3D printer is built using an off-the-shelf digital data projector and simple optical components such as a convex lens and a mirror14. Cross-sectional images extracted from a 3D solid model is projected on the photosensitive resin surface in sequence, polymerizing liquid resin into a desired 3D solid structure in a layer-by-layer fashion. Even with this simple configuration and easy process, arbitrary 3D objects can be readily fabricated with sub-100 &mu;m resolution.
This desktop 3D printer holds potential in the study of soft material mechanics by offering a great opportunity to explore various 3D geometries. We use this system to fabricate tubular shaped hydrogel structure with different dimensions. Fixed on the bottom to the substrate, the tubular gel develops inhomogeneous stress during swelling, which gives rise to buckling instability. Various wavy patterns appear along the circumference of the tube when the gel structures undergo buckling. Experiment shows that circumferential buckling of desired mode can be created in a controlled manner. Pattern transformation of three-dimensionally structured tubular gels has significant implication not only in mechanics and material science, but also in many other emerging fields such as tunable matamaterials.

We demonstrate controlled pattern transformation of swelling gel tubes by elastic instability. A simple projection micro stereo-lithography setup is built using an off-the-shelf digital data projector to fabricate three-dimensional polymeric structures in a layer-by-layer fashion. Swelling hydrogel tubes under mechanical constraint display various circumferential buckling modes depending on dimension.

الصغرى 3D الطباعة باستخدام جهاز عرض رقمي وتطبيقاتها في دراسة ميكانيكا مواد لينة

Buckling is a classical topic in mechanics. While buckling has long been studied as one of the major structural failure modes1, it has recently drawn new ...

Fabrication And Characterization Of Photonic Crystal Slow Light Waveguides And Cavities

Slow light has been one of the hot topics in the photonics community in the past decade, generating great interest both from a fundamental point of view and for its considerable potential for practical applications. Slow light photonic crystal waveguides, in particular, have played a major part and have been successfully employed for delaying optical signals1-4 and the enhancement of both linear5-7 and nonlinear devices.8-11
Photonic crystal cavities achieve similar effects to that of slow light waveguides, but over a reduced band-width. These cavities offer high Q-factor/volume ratio, for the realization of optically12 and electrically13 pumped ultra-low threshold lasers and the enhancement of nonlinear effects.14-16 Furthermore, passive filters17 and modulators18-19 have been demonstrated, exhibiting ultra-narrow line-width, high free-spectral range and record values of low energy consumption.
To attain these exciting results, a robust repeatable fabrication protocol must be developed. In this paper we take an in-depth look at our fabrication protocol which employs electron-beam lithography for the definition of photonic crystal patterns and uses wet and dry etching techniques. Our optimised fabrication recipe results in photonic crystals that do not suffer from vertical asymmetry and exhibit very good edge-wall roughness. We discuss the results of varying the etching parameters and the detrimental effects that they can have on a device, leading to a diagnostic route that can be taken to identify and eliminate similar issues.
The key to evaluating slow light waveguides is the passive characterization of transmission and group index spectra. Various methods have been reported, most notably resolving the Fabry-Perot fringes of the transmission spectrum20-21 and interferometric techniques.22-25 Here, we describe a direct, broadband measurement technique combining spectral interferometry with Fourier transform analysis.26 Our method stands out for its simplicity and power, as we can characterise a bare photonic crystal with access waveguides, without need for on-chip interference components, and the setup only consists of a Mach-Zehnder interferometer, with no need for moving parts and delay scans.
When characterising photonic crystal cavities, techniques involving internal sources21 or external waveguides directly coupled to the cavity27 impact on the performance of the cavity itself, thereby distorting the measurement. Here, we describe a novel and non-intrusive technique that makes use of a cross-polarised probe beam and is known as resonant scattering (RS), where the probe is coupled out-of plane into the cavity through an objective. The technique was first demonstrated by McCutcheon et al.28 and further developed by Galli et al.29

Use of photonic crystal slow light waveguides and cavities has been widely adopted by the photonics community in many differing applications. Therefore fabrication and characterization of these devices are of great interest. This paper outlines our fabrication technique and two optical characterization methods, namely: interferometric (waveguides) and resonant scattering (cavities).

تصنيع وتوصيف الدليل الموجي الكريستال الضوئية الخفيفة بطيئة وتجاويف

Slow light has been one of the hot topics in the photonics community in the past decade, generating great interest both from a fundamental point of view ...

Concurrent Quantitative Conductivity and Mechanical Properties Measurements of Organic Photovoltaic Materials using AFM

Organic photovoltaic (OPV) materials are inherently inhomogeneous at the nanometer scale. Nanoscale inhomogeneity of OPV materials affects performance of photovoltaic devices. Thus, understanding of spatial variations in composition as well as electrical properties of OPV materials is of paramount importance for moving PV technology forward.1,2 In this paper, we describe a protocol for quantitative measurements of electrical and mechanical properties of OPV materials with sub-100 nm resolution. Currently, materials properties measurements performed using commercially available AFM-based techniques (PeakForce, conductive AFM) generally provide only qualitative information. The values for resistance as well as Young's modulus measured using our method on the prototypical ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PC61BM system correspond well with literature data. The P3HT:PC61BM blend separates onto PC61BM-rich and P3HT-rich domains. Mechanical properties of PC61BM-rich and P3HT-rich domains are different, which allows for domain attribution on the surface of the film. Importantly, combining mechanical and electrical data allows for correlation of the domain structure on the surface of the film with electrical properties variation measured through the thickness of the film.

Organic photovoltaic (OPV) materials are inherently inhomogeneous at the nanometer scale. Nanoscale inhomogeneity of OPV materials affects performance of photovoltaic devices. In this paper, we describe a protocol for quantitative measurements of electrical and mechanical properties of OPV materials with sub-100 nm resolution.

الكمية التوصيل المتزامن والخصائص الميكانيكية للمواد القياسات الضوئية العضوية باستخدام AFM

Organic photovoltaic  (OPV) materials are inherently inhomogeneous at the nanometer scale. Nanoscale  inhomogeneity of OPV materials affects performance ...

Fast Imaging Technique to Study Drop Impact Dynamics of Non-Newtonian Fluids

In the field of fluid mechanics, many dynamical processes not only occur over a very short time interval but also require high spatial resolution for detailed observation, scenarios that make it challenging to observe with conventional imaging systems. One of these is the drop impact of liquids, which usually happens within one tenth of millisecond. To tackle this challenge, a fast imaging technique is introduced that combines a high-speed camera (capable of up to one million frames per second) with a macro lens with long working distance to bring the spatial resolution of the image down to 10 &#181;m/pixel. The imaging technique enables precise measurement of relevant fluid dynamic quantities, such as the flow field, the spreading distance and the splashing speed, from analysis of the recorded video. To demonstrate the capabilities of this visualization system, the impact dynamics when droplets of non-Newtonian fluids impinge on a flat hard surface are characterized. Two situations are considered: for oxidized liquid metal droplets we focus on the spreading behavior, and for densely packed suspensions we determine the onset of splashing. More generally, the combination of high temporal and spatial imaging resolution introduced here offers advantages for studying fast dynamics across a wide range of microscale phenomena.

Drop impact of non-Newtonian fluids is a complex process since different physical parameters influence the dynamics over a very short time (less than one tenth of a millisecond). A fast imaging technique is introduced in order to characterize the impact behaviors of different non-Newtonian fluids.

سريع التصوير وتقنيات لدراسة تأثير انخفاض ديناميات السوائل غير النيوتونية

In the field of fluid mechanics, many dynamical processes not only occur over a very short time interval but also require high spatial resolution for ...

Electroactive Polymer Nanoparticles Exhibiting Photothermal Properties

A method for the synthesis of electroactive polymers is demonstrated, starting with the synthesis of extended conjugation monomers using a three-step process that finishes with Negishi coupling. Negishi coupling is a cross-coupling process in which a chemical precursor is first lithiated, followed by transmetallation with ZnCl2. The resultant organozinc compound can be coupled to a dibrominated aromatic precursor to give the conjugated monomer. Polymer films can be prepared via electropolymerization of the monomer and characterized using cyclic voltammetry and ultraviolet-visible-near infrared (UV-Vis-NIR) spectroscopy. Nanoparticles (NPs) are prepared via emulsion polymerization of the monomer using a two-surfactant system to yield an aqueous dispersion of the polymer NPs. The NPs are characterized using dynamic light scattering, electron microscopy, and UV-Vis-NIR-spectroscopy. Cytocompatibility of NPs is investigated using the cell viability assay. Finally, the NP suspensions are irradiated with a NIR laser to determine their effectiveness as potential materials for photothermal therapy (PTT).

A protocol is presented for the synthesis and preparation of nanoparticles consisting of electroactive polymers.

خصائص Electroactive البوليمر النانوية نستعرض ضوئي؛ ضوحراري

A method for the synthesis of electroactive polymers is demonstrated, starting with the synthesis of extended conjugation monomers using a three-step ...

Fabrication of 1-D Photonic Crystal Cavity on a Nanofiber Using Femtosecond Laser-induced Ablation

We present a protocol for fabricating 1-D Photonic Crystal (PhC) cavities on subwavelength-diameter tapered optical fibers, optical nanofibers, using femtosecond laser-induced ablation. We show that thousands of periodic nano-craters are fabricated on an optical nanofiber by irradiating with just a single femtosecond laser pulse. For a typical sample, periodic nano-craters with a period of 350 nm and with diameter gradually varying from 50 - 250 nm over a length of 1 mm are fabricated on a nanofiber with diameter around 450 - 550 nm. A key aspect of such a nanofabrication is that the nanofiber itself acts as a cylindrical lens and focuses the femtosecond laser beam on its shadow surface. Moreover, the single-shot fabrication makes it immune to mechanical instabilities and other fabrication imperfections. Such periodic nano-craters on nanofiber, act as a 1-D PhC and enable strong and broadband reflection while maintaining the high transmission out of the stopband. We also present a method to control the profile of the nano-crater array to fabricate apodized and defect-induced PhC cavities on the nanofiber. The strong confinement of the field, both transverse and longitudinal, in the nanofiber-based PhC cavities and the efficient integration to the fiber networks, may open new possibilities for nanophotonic applications and quantum information science.

We present a protocol for fabricating 1-D photonic crystal cavities on subwavelength diameter silica fibers (optical nanofibers) using femtosecond laser-induced ablation.

تصنيع 1-D الضوئية التجويف البلوري على ألياف نانوية عن طريق الاجتثاث التي يسببها الليزر الفيمتو ثانية

We present a protocol for fabricating 1-D Photonic Crystal (PhC) cavities on subwavelength-diameter tapered optical fibers, optical nanofibers, using ...

Recombination Dynamics in Thin-film Photovoltaic Materials via Time-resolved Microwave Conductivity

A method for investigating recombination dynamics of photo-induced charge carriers in thin film semiconductors, specifically in photovoltaic materials such as organo-lead halide perovskites is presented. The perovskite film thickness and absorption coefficient are initially characterized by profilometry and UV-VIS absorption spectroscopy. Calibration of both laser power and cavity sensitivity is described in detail. A protocol for performing Flash-photolysis Time Resolved Microwave Conductivity (TRMC) experiments, a non-contact method of determining the conductivity of a material, is presented. A process for identifying the real and imaginary components of the complex conductivity by performing TRMC as a function of microwave frequency is given. Charge carrier dynamics are determined under different excitation regimes (including both power and wavelength). Techniques for distinguishing between direct and trap-mediated decay processes are presented and discussed. Results are modelled and interpreted with reference to a general kinetic model of photoinduced charge carriers in a semiconductor. The techniques described are applicable to a wide range of optoelectronic materials, including organic and inorganic photovoltaic materials, nanoparticles, and conducting/semiconducting thin films.

A Time Resolved Microwave Conductivity technique for investigating direct and trap-mediated recombination dynamics and determining carrier mobilities of thin film semiconductors is presented here.

إعادة التركيب حيوية في الأغشية الرقيقة المواد الضوئية عن طريق وحلها الوقت ميكروويف التوصيل

A method for investigating recombination dynamics of photo-induced charge carriers in thin film semiconductors, specifically in photovoltaic materials ...

In Situ Visualization of the Phase Behavior of Oil Samples Under Refinery Process Conditions

To help address production issues in refineries caused by the fouling of process units and lines, we have developed a setup as well as a method to visualize the behavior of petroleum samples under process conditions. The experimental setup relies on a custom-built micro-reactor fitted with a sapphire window at the bottom, which is placed over the objective of an inverted microscope equipped with a cross-polarizer module. Using reflection microscopy enables the visualization of opaque samples, such as petroleum vacuum residues, or asphaltenes. The combination of the sapphire window from the micro-reactor with the cross-polarizer module of the microscope on the light path allows high-contrast imaging of isotropic and anisotropic media. While observations are carried out, the micro-reactor can be heated to the temperature range of cracking reactions (up to 450 &#176;C), can be subjected to H2 pressure relevant to hydroconversion reactions (up to 16 MPa), and can stir the sample by magnetic coupling. 
Observations are typically carried out by taking snapshots of the sample under cross-polarized light at regular time intervals. Image analyses may not only provide information on the temperature, pressure, and reactive conditions yielding phase separation, but may also give an estimate of the evolution of the chemical (absorption/reflection spectra) and physical (refractive index) properties of the sample before the onset of phase separation.

In Situ Visualization of the Phase Behavior of Oil Samples Under Refinery Process Conditions

This article describes a setup and method for the in situ visualization of oil samples under a variety of temperature and pressure conditions that aim to emulate refining and upgrading processes. It is primarily used for studying isotropic and anisotropic media involved in the fouling behavior of petroleum feeds.

في الموقع التصور في سلوك المرحلة من عينات النفط تحت ظروف عملية مصفاة

To help address production issues in refineries caused by the fouling of process units and lines, we have developed a setup as well as a method to ...

Characterization of Ultra-fine Grained and Nanocrystalline Materials Using Transmission Kikuchi Diffraction

One of the challenges in microstructure analysis nowadays resides in the reliable and accurate characterization of ultra-fine grained (UFG) and nanocrystalline materials. The traditional techniques associated with scanning electron microscopy (SEM), such as electron backscatter diffraction (EBSD), do not possess the required spatial resolution due to the large interaction volume between the electrons from the beam and the atoms of the material. Transmission electron microscopy (TEM) has the required spatial resolution. However, due to a lack of automation in the analysis system, the rate of data acquisition is slow which limits the area of the specimen that can be characterized. This paper presents a new characterization technique, Transmission Kikuchi Diffraction (TKD), which enables the analysis of the microstructure of UFG and nanocrystalline materials using an SEM equipped with a standard EBSD system. The spatial resolution of this technique can reach 2 nm. This technique can be applied to a large range of materials that would be difficult to analyze using traditional EBSD. After presenting the experimental set up and describing the different steps necessary to realize a TKD analysis, examples of its use on metal alloys and minerals are shown to illustrate the resolution of the technique and its flexibility in term of material to be characterized.

This paper provides a detailed method to characterize the microstructure of ultra-fine grained and nanocrystalline materials using a scanning electron microscope equipped with a standard electron backscatter diffraction system. Metal alloys and minerals presenting refined microstructures are analyzed using this technique, showing the diversity of its possible applications.