ITMO大學(xué)的科學(xué)家們開(kāi)展了一系列的實(shí)驗(yàn)來(lái)研究聚合物準(zhǔn)晶，最終證實(shí)了他們一開(kāi)始的設(shè)想。在不久的將來(lái)，采用準(zhǔn)晶也許可以為設(shè)計(jì)新的激光器和傳感器開(kāi)辟了一扇新的大門(mén)。

晶體是一種周期性排列的固體結(jié)構(gòu)，即當(dāng)原子發(fā)生位移的時(shí)候，他們會(huì)取代其他原子的位置，后者是前者的轉(zhuǎn)移。這一事實(shí)在科學(xué)上已經(jīng)在20世紀(jì)的初期就被證實(shí)了。這一理論導(dǎo)致了現(xiàn)代固體物理的誕生，也同時(shí)幫助建立了半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展。

ITMO大學(xué)的助理教授Mikhail Rybin

Mikhail Rybin說(shuō)：“這些物品的設(shè)計(jì)得益于我們理解了半導(dǎo)體材料的晶體結(jié)構(gòu)的本質(zhì)。周期結(jié)構(gòu)的理論使得我們可以得出這樣的結(jié)論，要使物質(zhì)產(chǎn)生光，電子或者聲音，只有兩種辦法。一種辦法就是波長(zhǎng)在晶體中的向前傳播，或者它快速的在一種稱之為帶間隙的波長(zhǎng)處消散。幾乎不存在其他的選擇和它非常容易的簡(jiǎn)化了當(dāng)實(shí)施工程任務(wù)的時(shí)候粒子傳統(tǒng)的規(guī)律。”

對(duì)于激光或一些傳感器的運(yùn)行來(lái)說(shuō)，波長(zhǎng)必須多次穿透器件工作區(qū)域以促使它同活性物質(zhì)元素之間的相互作用的有效性，Mikhail Rybin表示，這對(duì)創(chuàng)造這一“陷阱”來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的，因?yàn)橐�保持在一個(gè)非常小的區(qū)域是非常困難的。這對(duì)現(xiàn)代物理來(lái)說(shuō)是非常重要的技術(shù)上的挑戰(zhàn)。

比較理想的，整個(gè)材料將會(huì)在“陷阱”的角色發(fā)生，這是因?yàn)楦�多的光被捕獲，波長(zhǎng)同活性介質(zhì)之間的相互作用就會(huì)更加有效。然而，在是晶體的情形下，就幾乎不可能了。

文章中所展示的光“陷阱”的示意圖

在一個(gè)樣品中，粒子會(huì)以一定的方式排列，而在另外一些樣品中，就會(huì)完全不一樣。Mikhail Rybin解釋到，這里同時(shí)存在第三種辦法，可以使用材料的一種中間態(tài)，此時(shí)粒子并不形成周期性的晶格，正如在晶體中所發(fā)生的一樣，但在同時(shí)具有數(shù)學(xué)意義上的嚴(yán)格排序。這些結(jié)構(gòu)稱之為準(zhǔn)晶，1980被發(fā)現(xiàn)后開(kāi)始被物理學(xué)家們開(kāi)始進(jìn)行研究。

物理和工程系的博士生Artem Sinelnik說(shuō)：“在我們的研究部門(mén)內(nèi)，有一套三維的納米級(jí)別的打印裝置，這一打印裝置的體素（打印設(shè)備的最小的打印體積單元）大約為一個(gè)微米的一半，這一數(shù)量級(jí)是人體頭發(fā)絲的百分之一還要小。在這一設(shè)備的幫助下，我們打印制造出在三維空間具有復(fù)雜材料分布特征的準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)。”

Artem Sinelnik 在具有納米打印精度的實(shí)驗(yàn)設(shè)備前

在打印制造出準(zhǔn)晶之后，科學(xué)家們采用電子顯微鏡分析了材料的表面質(zhì)量，用光學(xué)測(cè)量來(lái)證實(shí)樣品的內(nèi)部容積確實(shí)具有準(zhǔn)晶的結(jié)構(gòu)。

該項(xiàng)工作的合作者Artem Sinelnik說(shuō)：“一個(gè)短的脈沖輸送給準(zhǔn)晶，然后來(lái)測(cè)量一個(gè)稱之為余暉的量。正如所預(yù)期的一樣，光的確在于我們的樣品中存在延遲，即波可以在內(nèi)部保留一段較長(zhǎng)的時(shí)間。于是，我們可以證實(shí)這一三維的聚合物準(zhǔn)晶的確有能力來(lái)捕獲光。”

Mikhail Rybin和Artem Sinelnik

該項(xiàng)研究顯示了聚合物準(zhǔn)晶的主要的光學(xué)性質(zhì)，這一聚合物準(zhǔn)晶是通過(guò)三維納米打印來(lái)制備的，具有局域化光的能力，在將來(lái)將會(huì)獲得應(yīng)用。