עבודה זו נתמכה בחלקה על ידי חברת המחקר למדע לקידום (גרנט 10626), הקרן הלאומית למדע (DMR-1,308,084), ואת הפרס הפנימי סן פרנסיסקו סטייט לWM אנו מודים משתף הפעולה שלנו פול מ חייקין מאוניברסיטת ניו יורק לדיונים מועילים ב עיצוב ניסיוני ועל מתן מערכת VNA לנו להשתמש באתר בSFSU. אנו מודים למשתפי הפעולה התיאורטי שלנו, הממציא של חומרי HD PBG, מריאן פלורסקו, פול מ &#39;שטיינהרדט, וסאל Torquato לדיונים שונים וספקתי לנו את העיצוב של תבנית נקודת HD ודיונים מתמשכים.

1 עיצוב מבנה 2D Hyperuniform סדר דיאלקטרי 11 <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחר תת מחלקה של דפוס נקודת הפרעת hyperuniform 2D (עיגולים כחולים באיור 2) ולחלק אותו (קווים כחולים באיור 2) שימוש בפסיפס ךלונה. פסיפס 2D ךלונה הוא טריאנגולציה שמגדילה את הזווית המינימלית לכל משולש שנוצרה ומבטיחה שאין נקודות אחרות בתוך circumcircle של כל משולש 11. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אתר את centroids של כל משולש (עיגולים שחורים מוצקים באיור 2); centroids אלה הם המקומות של מוטות דיאלקטרי ברדיוס r 11. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר את centroids של המשולשים השכנים (הקווים אדומים עבים באיור 2) כדי לייצר תאים מסביב לכל נקודה 11. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צור קובץ CAD העיצוב לתבנית בסיס HD הגבוה 2 סנטימטר עם חורים וחריצים שבמוטות וקירות יהיו התאספו 14. השתמשדפוס HD עם המרווח פנימי מוט הממוצע של = 1.33 סנטימטר ולהגדיר את החור-הרדיוס כדי להיות 2.5 מ&quot;מ וחריץ ברוחב להיות 0.38 מ&quot;מ. הגדר את העומק לחורים וחריצים להיות 1 סנטימטר עמוק כדי לייצב את המוטות וקירות הוכנסו. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צור קובץ דומה עיצוב CAD עבור תבנית בסיס גבישים (סריג מרובע) להשוואה 14. השתמש באותו קבוע סריג כמבנה HD (1.33 סנטימטר) ואותו חור-הרדיוס (2.5 מ&quot;מ) וחריץ רוחב (0.38 מ&quot;מ). </li></ol> .2 בנייה לדוגמה והכנה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפברק את התבנית. ייצור HD ובסיסי פלסטיק סריג כיכר באמצעות מכונה stereolithography שמייצרת מודל פלסטיק מוצק על ידי צילום פילמור לייזר אולטרה סגול. השתמש שרף ברור, לפלסטיק כמו פוליקרבונט-ירושלים. הרזולוציה היא 0.1 מ&quot;מ בשני כיוונים לרוחב ואנכיים. (ראה איור 3, פנל במרכז). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן את אבני הבניין: r אלומינה זמין מסחרי להזמיןods וקירות דקים לחתוך לממדים מדויקים (ראה לוח איור 3, משמאל). הגדר את הגובה שלא יפחת מכמה אורכי גל, למשל 10.0 סנטימטר. הקוטר של כל המוטות הוא 5.0 מ&quot;מ. עובי קיר הוא תמיד 0.38 מ&quot;מ והרוחב משתנה מ1.0 מ&quot;מ ל5.3 מ&quot;מ, עם מרווחי 0.2 מ&quot;מ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבנות את מבנה מבחן ללא פגם למדידות bandgap. הכנס מוטות וקירות לתוך הבסיס לאדריכלות המבנה הרצוי. המבט מהצד של הרשת הבנויה משתי המוטות וקירות על בסיס הפולימר מוצג באיור 3, פנל ימני. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עיצוב מוליך גל או פגם חלל: יצירת גלבו השונים באמצעות הדגימות ישירות על ידי הסרת או שינוי של מוטות וקירות לאורך השביל נועד, כפי שמוצג ב9A דמויות ו9C. העיצוב המודולרי של הדגימות מאפשר שינוי מהיר וקל של נקודה ופגמי קו או עקום. </li></ol> 3 מכשירים עיקריים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש במטאטא מסונתז (גנרטור מיקרוגל) כדי לספק מיקרוגל עם כיסוי תדרים של 45 MHz 50 GHz עם רזולוציה תדר 1 הרץ מדויק. חבר את המחולל למערך בדיקת S-פרמטר למדידת פרמטרים שידור בין שתי היציאות (מסופים). השתמש שימוש כללי ממשק אפיק קישורים (GPIB) וכבלים לתקשורת בין המטאטא והמבחן שנקבע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש מנתח רשת וקטור מיקרוגל (VNA) לעבד את האותות שהתקבלו מS-הפרמטר ולמדוד גודל של האות והשלב להגדיר בדיקה. הגדר את מבחן S-הפרמטר מוגדר במצב S21, כך שVNA פלטי קובץ הנתונים המכיל את המרכיבים האמיתיים ודמיוניים של E-השדה זוהה בנמל 1 ביחס לאות המקור מהנמל 2 כפונקציה של תדר </li></ol> .4 התקנת מכשיר <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התחל / תדר הסוף. בחר את ערכי התחלה וסיום המתאימים של טווח התדרים למדידה באמצעות VNAתפריט אה. טווח התדרים הרלוונטי הקשורים לPBG תלוי במדד דיאלקטרי של ריווח סריג של הדגימות. השתמש 7 GHz ל15 מיקרוגל GHz לדגימות אלומינה עם = 1.33 סנטימטר מרווח סריג. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ממוצע פקטור. מנתח וקטור מחשב כל נקודת נתונים המבוססים על הממוצע של מדידות מרובות כדי להפחית את הרעש אקראי. בחר גורם מיצוע מ512 ל4,096 על ידי הזנת מספר הרצוי בלוח מקשי VNA. בחר גורם מיצוע גבוה יותר כדי למזער את הרעש ובחר גורם מיצוע נמוך יותר עבור סריקה מהירה יותר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מספר הנקודות. למדידות ב7 GHz ל15 GHz הטווח, בחר את המספר המרבי של נקודות נתונים (801), בתפריט שעל מסך VNA, להשגת רזולוציה תדר של 10 MHz. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כיול. לכייל את המערכת על ידי המדידה ישירה של יחס התמסורת היחסי, ולנרמל אותו נגד השידור של הגדרה מכוילת מראש עם אותו הרקע וללא המדגם בין antenn הצופרכ. בדרך זו, כל אובדן הרקע בשל כבלים, מתאמים, גלבו, ואנטנות ניתן למנוע, ויחס התמסורת היחסי עם ובלי המדגם שנבדק נרשם ישירות. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> למדידות bandgap, למדוד את ההולכה המיקרוגל בחלל חופשי בין הקרניים זה מול זה במרחק של 28 ולשמור את התוצאות ככיול שנקבע בVNA. לפני שלקחת את הנתונים לניסוי בפועל עם מבנה בין הקרניים, להפעיל את הכיול שנקבע על ידי בחירה באפשרות &quot;כיול על&quot; על צג VNA. הנתונים מחושבים על ידי VNA יהיו באופן אוטומטי מנורמלים נגד סט הכיול ולהחזיר את היחס של עוצמת שידור עם ובלי המדגם במקום. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> למדידות מוליך גל, כיול משמעותי אינו מוגדר היטב, שכן השידור דרך גלבו המדגם יכול בקלות לעבור את השידור המכויל בין שתי הקרניים בשטח פנוי. תוראת הכיול על VNA לנטר ולהקליט את שידור הגלם, המהווה את האות זוהתה על אות המקור. הנח את הקרניים ממש ליד פתחי ערוץ מוליך גל להשגת יעילות הצימוד הטוב ביותר. </li></ol></li></ol> .5 הגדרת ניסוי <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדר את הגדרת הניסוי שמוצגת באיור 4. השתמש כבלים קואקסיאליים למחצה גמישים באיכות גבוהה כדי לחבר את היציאות שנקבעו מבחן-S-פרמטר עם גלבו קלט / פלט. חבר אנטנות קרן פירמידה עם היציאות דרך גלבו מצב יחיד המלבני ומתאמים כדי להבטיח את הקרינה להיות ליניארי מקוטב, E-השדה של הקרינה מהקרן הוא במקביל לקצה הקצר של הקרן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> למדידות bandgap: ציית לשלבים הבאים כדי למדוד את ההולכה דרך הדגימות נטולות הפגם לאפיין PBG של דוגמיות חינם הפגם. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יישר קרנות אנכית ואופקית לאחד מול שני. מסדרים את horns ברחוק מספיק מרחק, כגון 20 זמנים של אורך הגל הממוצע, כך שקרינת השדה הרחוק שהגיעה למדגם יכולה להיות מקורבות לגלי מטוס. כייל את התמסורת בין הקרניים מול בשטח פנוי בלי מדגם הבדיקה ולאחסן אותו בזיכרון כיול. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח מבנים ללא פגם עשויים מוטות וקירות על הבמה מסתובבת בין שתי הקרניים מול. הפעל את מערכת הכיול שנרשמה לזיכרון VNA במהלך השלב 5.2.1. המערכת מוכנה כדי למדוד את יחס התמסורת היחסי באמצעות המדגם המנורמל נגד עוצמת השידור של הזיכרון המכויל עכשיו. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לגלבו ומדידות פגמי חלל: ציית לצעדים להתקנת הניסויים הבאים: <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבנות גלבו וחללים שונים על ידי הסרה או להחלפת מוטות וקירות במבנים ללא פגם, כפי שמוצג ב9A דמויות ו9C. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מסדרים אתקרנות קרובות לפתחי הערוץ ככל האפשר כדי להבטיח צימוד טוב לערוץ. לערוצים מעוקלים וכפופים למרכז את הקרניים באמצע הערוץ עם מקביל הקצה לפתיחה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כבה את הכיול. עכשיו מערכת VNA מוכנה למדוד ולתעד את יחס תמסורת הגלם של הכח זוהה בנמל 2 על מקור הכח בנמל 1. </li></ol></li></ol> .6 רכישת נתונים וניתוח <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאפיין את התלות הזוויתית של המאפיינים פוטוניים של הדגימות: <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מבני מקום עשויים ממוטות וקירות עם גבול כמעט מעגלי בשלב מסתובב בין שתי הקרניים מול. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לוודא כי הכיול נשמר בזיכרון VNA מופעל בשלב 5.2.2. אפס קנה המידה הזווית על העברת הבמה והמידה מסתובבת דרך המבנה. לאחר המדידה הראשונית בזווית אירוע אפס, לסובב את המדגם ולמדוד את ההולכה בincrem זווית שווהמציג, כמו כל 2 מעלות עד 180 ° סיבוב הוא הגיע. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאפיין את תלות הקיטוב של הנכסים פוטוניים לדגימות: לבצע את כל המדידות שתוארו לעיל בשני קיטובים שונים בהתאמה, על ידי שינוי אוריינטציות פתיחת קרן. לקיטוב TM, להגדיר קצה &#39;הקרניים הקצרה (כיוון E-השדה) בניצב למישור האופקי של בסיס המדגם ומקביל למוטות. לקיטוב TE, לסובב את הקרניים 90 מעלות, כך שקצותיהם קצרים (כיוון E-השדה) נמצאים במישור האופקי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאפיין ערוצי גלבו שונים: ודא שהכיול כבוי בשלב 5.3.3. הנח את הקרניים הבאות לדוגמא עבור הצימוד הטוב ביותר. מדוד את השידור בערוצים שונים שנבנו על ידי הסרת ו / או החלפת מוטות וקירות לאורך שביל הערוץ. תוך ניטור אותות השידור בVNA בזמן אמת, לשנות את נתיב הערוץ על ידי מודעהדינג והסרת מוטות וקירות לעוצמת שידור מותאם או רוחב פס סינון הרצוי נוספות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבצע מדידות מקבילות דומות למה שתואר לעיל על גבישים פוטוניים סריג מרובע להשוואה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ניתוח נתונים. לנתח וגרף נתונים באמצעות תוכנת מחשב, כגון MATLAB. עלילה נמדדה שידור כתדר פונקציה (חלקת קו), כגון 5 איור, איור 2, ואיור 9 ב ו -9 ללמוד הפקק דרך לעבור דוגמאות או שידור למרות שערוצי מוליך גל. שידור עלילה כפונקציה של תדר וזווית (עלילה מתאר צבע) כדי לנתח את מאפייני להקות עצירה של המבנים והתלות הזוויתית שלהם, כפי שמוצג באיור 6 ו -7 איור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פרוטוקול זה מציע המציג את השידור נמדד באמצעות הדגימות כפונקציה של זווית תדירות ותקרית בקוטב coordiנטס 12, כדי להמחיש באופן ישיר סימטריות סיבוביות ותלות הזוויתית של נכסים פוטוניים. צור חלקות הקוטב לתאם להראות ישירות את גבולות אזור רילואן של מבנים גבישיים ולחשוף את מערכת היחסים בין היווצרות PBG ומטוסי פיזור בראג (גבולות אזור רילואן) בגבישים וquasicrystals. </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>

יש לי המחברים אין לחשוף.

החל מ דפוס נקודת סדר hyperuniform, מבני HD 2D מורכב מוטות ו / או רשת בקיר יכול להיות מתוכנן כדי להשיג PBG מלא לכל הקיטוב 11. בהתבסס על העיצוב, בנינו תבנית עם חורים וחריצים להרכבת מוטות 2D אלומינה ומבני קירות בסנטימטר בקנה מידה שאפשר לבדוק עם מיקרוגל. אנחנו בחרנו לעבוד עם מיקר?...

קיומו של bandgap לפוטונים היה המוקד של יצירות רבות מדעיות, החל מהמחקרים הקודמים שנעשו על ידי הלורד ריילי בתחנת הלהקה חד ממדית, טווח תדרים שאסורים מהתפשטות דרך מדיום תקופתי 1. מחקר לתוך גל אלקטרומגנטי התפשטות (EM) במבנים מחזוריים באמת פרח בשני העשורים האחרונים אחרי פרסומי זרעו של ע &#39;Yablonovitch 2,3 וס&#39; ג &#39;ון 4. &quot;גבישים פוטוניים&quot; נטבע על ידי Yablonovitch כדי לתאר את המבנים דיאלקטרי התקופתיים שרשותו bandgap פוטוניים (PBG). גבישים פוטוניים הם מבנים דיאלקטרי תקופתיים בעלי סימטריות translational דיסקרטיות, טיוח בלתי המשתנה תחת תרגומים בכיוונים של מחזוריות. כאשר מחזוריות זו מותאמת עם אורכי הגל של גלים נכנסים אלקטרומגנטים (EM), o להקהתדרי f הופכים מוחלשים מאוד ועלולים להפסיק הפצת. אם רחב מספיק, הטווחים של התדרים האסורים, שנקראו גם להקות תחנה, עשויים לחפוף לכל הכיוונים כדי ליצור PBG, האוסר על קיומם של פוטונים של תדרים מסוימים. מבחינה מושגית, התפשטות גלי EM בגבישים פוטוניים דומה לאלקטרון התפשטות גלים בחומרים מוליכים למחצה, שבו יש אזור אסור של אנרגיות אלקטרונים, הידוע גם בbandgap. בדומה לאופן שהמהנדסים מועסקים מוליכים למחצה לשלוט ולשנות את הזרימה של אלקטרונים דרך מוליכים למחצה, חומרי PBG יכולים לשמש ליישומים שונים הדורשים שליטה אופטית. לדוגמא, חומרי PBG יכולים להגביל את האור של תדרים מסוימים בחללי גודל אורך גל, ולהדריך או מסנן אור לאורך פגמי קו בהם 5. חומרי PBG הם הציעו לשמש לשליטה על הזרימה של אור עבור יישומים בתקשורת 6, לייזרים 7, מעגלים אופטיים ומחשוב אופטי 8, וקציר אנרגיה סולארית 9. יש גביש סריג רבוע דו ממדי (2D) פוטוניים סימטריה סיבובית של פי 4. גלי EM כניסה לגביש בזוויות שונות של שכיחות (לדוגמא, 0 ° ו45 ° ביחס למטוסי הסריג) יעמדו בפני periodicities שונה. פיזור בראג בכיוונים שונים גורם ללהפסיק להקות של אורכי גל שונים שייתכן שאינו חופף לכל הכיוונים כדי ליצור PBG, ללא ניגוד שבירת מדד גבוה מאוד של החומרים. בנוסף, במבני 2D, שני קיטובים שונים גל EM, רוחבי חשמלי (TE) ומגנטי רוחבי (TM), לעתים קרובות בצורת bandgaps בתדרים שונים, מה שהופך את זה אפילו יותר קשה כדי ליצור PBG מלא לכל הכיוונים לכל הקיטובים 5. במבנים מחזוריים, האפשרויות מוגבלות של סימטריה סיבובית להוביל לאנאיזוטרופיה פנימי (angulaתלות r), אשר לא רק עושה את זה קשה כדי ליצור PBG מלא, אבל גם מאוד מגבילה את חופש העיצוב של ליקויים תפקודיים. לדוגמא, עיצובי מוליך גל מוכיחים את עצמם מוגבלים שלאורך בחירות מצומצמות מאוד של כיווני סימטריה גדולים בגבישים פוטוניים 10. בהשראה להתעלות על המגבלות האלה בשל מחזוריות, הרבה מחקר שנעשה ב20 השנים האחרונות על חומרי PBG לא שיגרתי. לאחרונה סוג חדש של חומרים לא מסודרים הוצע להחזיק איזוטרופיים PBG מלא בהיעדר מחזוריות או quasiperiodicity: הפרעת hyperuniform (HD) מבנה PBG 11. אין לי הלהקות פוטוניים פתרון אנליטי מדויק במבני הפרעה. מחקר תיאורטי של התכונות פוטוניים של המבנים מסודרים מוגבל לסימולציות מספריות גוזל זמן. כדי לחשב את הלהקות, הסימולציה צריכה להעסיק שיטת קירוב סופר התא וavaiכוח חישוב lable עלול להגביל את הגודל הסופי של סופר התא. כדי לחשב שידור דרך מבנים אלה, לעתים קרובות הדמיות מחשב על עצמם תנאים אידיאליים ובעיות בעולם אמיתי ובכך הזנחה כמו הצימוד בין המקור והגלאי, פרופיל גל האירוע בפועל EM, ויישור פגמי 12. יתר על כן, כל שינוי (עיצוב פגם) של המבנה המדומה ידרוש עגול של סימולציה אחרת. בשל גודלו הגדול של המשמעות המינימלית לסופר תא, זה מאוד מייגע ולא מעשי לחקור באופן שיטתי ארכיטקטורות עיצוב פגם שונות לחומרים לא מסודרים אלה. אנחנו יכולים למנוע בעיות חישוביות אלה על ידי לימוד המבנים פוטוניים מסודרים באופן ניסיוני. באמצעות הניסויים שלנו אנו מסוגלים לאמת את קיומו של PBG המלא במבני HD. באמצעות ניסויי מיקרוגל, אנחנו יכולים גם לקבל מידע שלב ולחשוף את distri השדהמאפייני bution ופיזור של מדינות פוטוניים קיימות בהם. שימוש במדגם בקלות לשינוי ומודולרי בסנטימטר בקנה מידה, אנחנו יכולים לבדוק את מוליך גל שונים וחלל (פגם) עיצובים במערכות מסודרות ולנתח את חוסנו של PBGs. סוג זה של ניתוח של מבנים פוטוניים הפרעות מורכבים הוא גם לא מעשי או בלתי אפשרי להשיג באמצעות לימודים מספריים או תיאורטי. תהליך העיצוב מתחיל בבחירת דפוס נקודת hyperuniform &quot;החשאי&quot; 13. דפוסי נקודת Hyperuniform הם מערכות שבי שונות מספר הנקודות בתוך חלון דגימה &quot;כדורי&quot; של הרדיוס R, גדלה לאט יותר מחלון הנפח לגדול R, כלומר, לאט יותר מד R בd-ממדים. לדוגמא, בהפצה אקראית 2D פואסון של דפוס נקודה, את השונות של מספר הנקודות בR תחום היא פרופורציונליות לR &lt;sup&gt; 2. עם זאת, בדפוס נקודת הפרעת hyperuniform, את השונות של הנקודות בחלון של R רדיוס, הוא פרופורציונאלי לR. איור 1 מציג השוואה בין דפוס hyperuniform הפרעות נקודה ודפוס נקודת פואסון 11. אנו משתמשים בסדרה של דפוסי נקודת סדר hyperuniform נקראת &quot;חשאיים&quot; 11. באמצעות פרוטוקול העיצוב המתואר בפלורסקו et 11 אל, אנו בונים רשת של קירות ומוטות דיאלקטרי, יצירת מבנה דיאלקטרי hyperuniform 2D דומה לגביש, אך ללא מגבלות המובנות במחזוריות וisotropy. קיר הרשתות הן נוחים לbandgap TE-קיטוב, ואילו המוטות עדיפות ליצירת פערי להקה עם TM-קיטוב. עיצוב המודולרי פותח, כך שהדגימות ניתן לשנות בקלות לשימוש עם קיטובים שונים ועבור עמוד XIIIucing גלבו החופשי ופגמי חלל. בשל invariance הסולם של משוואות מקסוול, תכונות האלקטרומגנטיות שנצפו במשטר מיקרוגל ישירות החלים על משטרי אינפרא אדום ואופטיים, שבו הדגימות יהיו מותאמות לגדלי מיקרון וsubmicron.

<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

לאחרונה, חומרים פוטוניים סדר הוצעו כחלופה לגבישים מחזוריים ליצירת bandgap מלא פוטוניים (PBG). במאמר זה נתאר את השיטות לבנייה ואפיון מבנים פוטוניים סדר מקרוסקופית שימוש בתנורי מיקרוגל. משטר המיקרוגל מציע גודל המדגם הניסיוני הנוח ביותר לבנייה ובדיקת תקשורת PBG. רכיבי סריג דיאלקטרי מניפולציות בקלות להאריך גמישות בבניית מבני 2D שונים על גבי תבניות פלסטיק מודפס מראש. ברגע שנבנה, המבנים יכולים להיות שונה במהירות עם מומי נקודה ובתור כדי לעשות גלבו ומסנני צורה חופשיים. הבדיקה נעשה באמצעות וקטור רשת Analyzer וזוגות של אנטנות קרן מיקרוגל זמינים באופן נרחב. בשל רכוש invariance הסולם של שדות אלקטרומגנטיים, התוצאות שהשגנו באזור המיקרוגל יכולות להיות מיושמות ישירות לאזורי אינפרא אדום והאופטיים. הגישה שלנו היא פשוטה אך מספקת exciתובנה חדשה טינג לטבע של אינטראקציה עניין אור וסדר. תוצאות הנציג שלנו כוללות את ההפגנה הניסיונית הראשונה לקיומו של PBG מלא ואיזוטרופי במבנה דיאלקטרי סדר hyperuniform דו ממדים (2D). בנוסף אנחנו מדגימים באופן ניסיוני את היכולת של המבנה פוטוניים הרומן הזה כדי להדריך את הגלים אלקטרומגנטיים (EM) דרך גלבו החופשי של צורה שרירותית.

השגנו האישור הראשון אי פעם של הווה PBG מלא איזוטרופיים במבני דיאלקטרי הפרעת hyperuniform. כאן, אנו מציגים תוצאות המבנה שלנו HD ולהשוות אותם לזה של גבישים פוטוניים סריג מרובע תקופתיים. איור 5 מראה עלילה למחצה יומן של שידור TE קיטוב ...

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

מבנים מסודרים להציע מנגנונים חדשים לגיבוש bandgaps פוטוניים וחופש חסר תקדים בעיצובים פונקציונליים-פגם. כדי לעקוף את האתגרים חישובית של מערכות לא מסודרות, אנו בונים דגימות מקרוסקופית המודולרי של הסוג החדש של חומרי PBG ולהשתמש מיקרוגלים לאפיין תכונות פוטוניים קנה המידה בלתי משתנה שלהם, באופן קל ולא יקר.

שימוש במיקרוגל ודוגמאות מקרוסקופית של דיאלקטרי מוצקים לחקר מאפיינים פוטוניים של הפרעות חומרי bandgap פוטוניים

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.  מבנים מסודרים להציע מנגנונים חדשים לגיבוש bandgaps פוטוניים וחופש חסר תקדים בעיצובים פונקציונליים-פגם. כדי לעקוף את האתגרים חישובית של מערכות לא מסודרות, אנו בונים דגימות מקרוסקופית המודולרי של הסוג החדש של חומרי PBG ולהשתמש מיקרוגלים לאפיין ?...

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.

קצירת אנרגיה סולארית באמצעות תשלום פרדת Nanocrystals והמוצק שלהם

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.

הדפסת המייקר 3D באמצעות מקרן דיגיטלי ותחולתו בחקר מכניקת חומרים רכות

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).

ייצור ואפיון של מנחי גלים פוטוניים Crystal להאט את האור וחללים

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.

מוליכות כמותית במקביל ומדידת תכונות מכאנית של חומרים אורגניים באמצעות Photovoltaic 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.

טכניקת הדמיה מהירה ללמוד טיפת השפעת דינמיקה של נוזלים ללא הניוטונית

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.

מאפייני electroactive פולימר החלקיקים מציגים photothermal

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.

המצאה של 1-D פוטוניים Crystal חלל על nanofiber שימוש Femtosecond אבלציה לייזר המושרה

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.

Dynamics רקומבינציה ב חומרים פוטו סרט דק באמצעות מוליכות מיקרוגל זמן נפתרה

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.

באתרו ויזואליזציה של התנהגות השלב של דוגמאות שמן בתנאי תהליך זיקוק

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.