准晶光子异质结构的组装制造技术

用于组装准晶异质结构的方法和系统。提供具有所需的预定特性的多个颗粒。将这些颗粒悬浮在介质中，并使用全息光阱以一定方式安置所述颗粒以便获得可提供所需性能的排列。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】准晶光子异质结构的组装本工作得到了国家科学基金(经费号DMR0451589、 DMR021306 和DMR0243001 )和美国能源部(经费号DE-FG02-91ER40671 )的 支持。相关专利申请的交叉引用本专利申请要求于2005年7月8日提交的美国临时申请第 60/697,872号的优先权并且通过引用将其整体并入本文。专利
本专利技术一般涉及准晶异质结构领域。更具体地，本专利技术涉及在二 维中或沿三维结构中的任何二维以特定的取向对称性、或者以任何特 定的三维准晶对称性的准晶光子异质结构的组装，还涉及使用全息光 阱(HOTS)来执行该组装以及这些HOTS组装的结构在多种应用中 的使用。专利技术背景长期以来，由于晶体材料的晶体对称性而产生的物理性能，晶体材料在许多光学和电子应用中得到了开发利用。尽管这些晶体材料使得许多科技应用得以实现，但是这种晶体对称性也存在限制。例如， 已知具有高和低折射率的交替畴(domain)的介电材料的有序排列(arrangement)表现出被称作光子带隙(photonic bandgap)的光传输性 能。光子带隙材料的光学性能的特征在于， 一定频率范围的光不能传 播，也不能被吸收。这种性能与用于传输电子的半导体中产生的电子 带隙相似，并且应该导致类似的宽广范围的应用。材料的光子带隙限 度(extent)不但取决于组成介电材料的介电性能还取决于其三维排列的对称性。晶体排列可用的不同对称性的有限组集需要非常大的介电常数反差来获得完全(full)的光子带隙，并且这些对称性产生光学 性能对结构和化学缺陷非常敏感的光学材料。相比之下，已知准晶体 具有比晶体高得多的旋转对称性。因此，准晶体应表现出比相同材料 的任何晶体排列更大且更均匀的光子带隙，并且应该具有更加抵抗缺 陷和无序的光学性能。因此，基于其光学和其它物理性能，材料的二 维和三维准晶排列应该具有宽广范围的科技应用。专利技术概述因此本专利技术的一个目的是提供制造准晶结构的改良系统和方法。 本专利技术的另一个目的是提供使用全息光阱制造准晶光子异质结构的改良系统和方法。本专利技术的又一个目的是提供三维准晶光子异质结构的改良制品。 本专利技术的再一个目的是提供用于构造具有在晶体材料中被禁止的光子带隙的材料的改良系统和方法。本专利技术的另 一个目的是提供用于构造旋转对称异质结构的改良系 统和方法，所述旋转对称异质结构具有晶体材料所不能获得的光学、 力学、化学、生物、电学和磁性能。本专利技术的一个另外目的是提供具有可设计(programmable)的光 学、力学、生物、电学、磁和化学性能的改良准晶异质结构。本专利技术的又一个目的是提供用于构造一种准晶结构的改良系统和 方法，所述准晶结构对于选定的科技应用具有特定的布里渊区。本专利技术的另一个目的是提供用于构造一种准晶材料的改良系统和 方法，所述准晶材料具有大体上为球形的布里渊区。本专利技术的再一个另外目的是提供用于构造一种准晶材料的改良系 统和方法，所述准晶材料具有长程取向有序性而没有转变周期性，并 且进行构建以便按响应电场、磁场和电磁辐射中至少一种的预定方式 工作。本专利技术的另一个目的是提供构造准晶异质结构的改良系统和方 法，可以通过重新安置颗粒使所述准晶异质结构从一种结构状态转变为另一种状态从而改变该排列的物理、生物和化学性能。本专利技术的另一个目的是提供构造准晶异质结构的改良系统和方 法，依照时间敏感性要求，通过使用全息光阱来动态地改变化学和物 理性能。本专利技术的另一个目的是提供用于构造准晶异质结构的改良系统和 方法，所述准晶异质结构以全息光阱来形成能够产生窄带波导和电磁辐射频率选择滤波器的设计要素(engineered feature)。本专利技术的又一个目的是提供用于组织不同元件的改良系统和方法，该系统和方法使用全息光阱在准晶异质结构中安置可选的元件来为期望的科技应用建立化学、生物和物理性能。本专利技术的再一个目的是提供改良的系统、制造方法和制品，其具有故意引入的缺陷用以可设计地获得各种电学、光学、磁、力学、生物和化学性能及应用。本专利技术的一个另外目的是提供准晶体的改良方法和制品，所述准 晶体具有替换的不同尺寸或形状的球或者其它元件以便改变该准晶体的局部光子特性。本专利技术的另一个目的是提供一种改良的方法和制品，对于各种应 用，其在不同化学组成的其它分子元件几何结构上或者在不同于给定 准晶位置处选择性地替换一个或多个球来产生新的性能，或者打破该 准晶对称性来产生新的性能。本专利技术的另一个目的是提供准晶体的改良的方法和制品，该准晶 的特定畴具有拓朴缺陷，例如相滑移，类似于普通晶体分子中的晶界， 从而产生新的有用性能。本专利技术的另 一个目的是提供一种通过全息捕获操作产生的两个或 者更多准晶畴的改良方法和制品，以产生更高有序结构且所得组合体 具有选自每个分畴的光学性能。本专利技术的又一个另外目的是提供一种改良的方法和制品，用以产 生一个或多个准晶畴与一个或多个晶畴的组合体来产生有用的更高有 序结构。本专利技术的另一个目的是提供一种改良的方法和制品，包括使用光镊和/或其它颗粒力组装方法，包括自組装、电泳(electropheresis)、 和光梯度场来组装晶畴和准晶畴以产生有用的组合体结构。由下面的结合下述附图的详细描述，本专利技术的这些及其它目的、 优点和特性、以及其组织和处理方式将变得显见。附图简述附图说明图1 (a)显示了通过全息光镊组织成平面五边形准晶体的氧化硅 球的视图(标尺代表5微米)；图1 (b)显示了七边形准晶畴；图l (c)显示了八边形准晶畴的排列；而图1 (d)显示了具有嵌入波导 的八边形准晶畴；图2 (a)显示了使用全息光阱从介电胶状球组装的二十面体的四 个视图中的第一个；图2 (b)显示了具有2重对称轴的第二个视图； 图2 (c)显示了具有5重对称轴的第三个视图；而图2 (d)显示了第 四个视图中平面(midplane);图2 (e)显示了图2 (a) - (d)中 所示胶状准晶体的逐步组装；和图3 (a)显示了三维胶状准晶体的全息组装，所述准晶体具有捕 获在三维二十面体准晶晶格的二维投影中的颗粒；图3 (b)显示了替 换进入完全三维结构中的颗粒，阴影区域是一个嵌入的二十面体；图 3 (c)显示了减小晶格常数以产生紧凑的三维准晶体；且图3 (d)显 示了测得的光学衍射图案，其示出了构造的准晶体的IO重对称峰；而 图3 (e)显示了图3(a) - (d)中所示胶状准晶体的逐步组装。优选实施方案详述开发了一种系统和方法来构造用于各种科技应用的准晶异质结 构。可以制备各种制品和物质的组合物。在一个最优选的实施方案中， 使用全息光阱作为起始工具来将选定的颗粒安置在给定的位置。因此， 在该优选实施方案中，该方法是基于众所周知的全息光学捕获技术， 其中通过高数值孔径的显微镜物镜来投射计算机产生的全息图来产生 大的三维光阱阵列。在我们的实施中，利用液晶空间光调制器(SLM)(Hamamatsu X8267 PPM )使倍频二级管泵浦固态激光器(Coherent Verdi)产生的532 nm光印显纯相位全息图。将修正的激光束传递到 安装在倒置式光学显微镜(Nikon TE2000U )中的100倍、NA为1.4 的Splan Apo油浸物镜的本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于组装具有可选性能的准晶异质结构的方法，包括：提供具有预定特性的多个颗粒；将所述多个颗粒悬浮在流体介质中；和在特定的准晶排列中形成全息光阱以便将所述多个颗粒安置在该特定的排列中，来获得可选的性能。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：DG戈里尔，Y罗伊齐曼，满威宁，PM柴金，PJ斯泰因哈特，
申请(专利权)人：纽约大学，普林斯顿大学理事会，
类型：发明
国别省市：US[]