Синтез, структура и дифракционные свойства фотонных кристаллов на основе опалов и инвертированных опалов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.21, кандидат химических наук Синицкий, Александр Сергеевич

• Синицкий, Александр Сергеевич
• кандидат химических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат химических наук Синицкий, Александр Сергеевич

Содержание.

Список условных обозначений.

1. Введение.

2. Обзор литературы.

2.1. Фотонные кристаллы и фотонные запрещенные зоны.

2.2. Основные методы синтеза фотонных кристаллов.

2.3. Темплатные методы синтеза фотонных кристаллов.

2.4. Синтез и структура синтетических опалов.

2.4.1. Природные опалы.

2.4.2. Методы получения синтетических опалов.

2.4.3. Структура синтетических опалов.

2.5. Оптические свойства опалов и инвертированных опалов.

2.6. Выводы.

3. Экспериментальная часть.

3.1. Синтез сферических коллоидных частиц.

3.2. Методы упорядочения микросфер.

3.3. Синтез инвертированных опалов.

3.4. Синтез люминесцентных ФК.

3.5. Динамическое светорассеяние.

3.6. Микроскопические методы.

3.7. Термический анализ.

3.8. Рентгенофазовый анализ.

3.9. Спектроскопические методы.

3.10. Лазерная дифракция.

3.11. Малоугловая рентгеновская дифракция.

3.12. Малоугловая нейтронная дифракция.

4. Результаты и их обсуждение.

4.1. Особенности синтеза фотонных кристаллов.

4.1.1. Опалы.

4.1.2. Инвертированные опалы.

4.2. Оптические свойства фотонных кристаллов.

4.2.1. Оптические свойства опалов.

4.2.2. Оптические свойства инвертированных опалов на основе оксидов.

4.2.3. Оптические свойства металлических инвертированных опалов.

4.3. Лазерная дифракция в фотонных кристаллах.

4.4. Малоугловая рентгеновская и нейтронная дифракция.

4.5. Люминесценция в фотонных кристаллах.

4.5.1. Основные требования к люминесцентным фотонным кристаллам.

4.5.2. Расчет пространственно-угловой плотности оптических состояний.

4.5.3. Структура люминесцентных фотонных кристаллов.

4.5.4. Эффекты, связанные с первой фотонной запрещенной зоной.

4.5.5. Эффекты, связанные с фотонными запрещенными зонами высоких порядков

5. Выводы.

Благодарности.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Синтез, структура и дифракционные свойства фотонных кристаллов на основе опалов и инвертированных опалов»

Бурный прогресс микроэлектроники и информационных технологий в последнее время все ближе сталкивается с неожиданной еще в прошлом веке проблемой существования фундаментальных ограничений быстродействия и энергосбережения для полупроводниковых устройств. В связи с этим все большее число фундаментальных и прикладных исследований посвящается разработке принципиальных основ альтернативных полупроводниковой электронике областей - микроэлектронике сверхпроводников, спинтронике и фотонике.

Основой многих устройств фотоники могут служить фотонные кристаллы (ФК)-пространственно упорядоченные системы со строго периодической модуляцией диэлектрической проницаемости. Указанная периодичность, по аналогии с электронной зонной структурой в регулярной кристаллической решетке, обуславливает возникновение фотонной запрещенной зоны — спектральной области, в пределах которой распространение света в фотонном кристалле подавлено во всех (полная фотонная запрещенная зона) или в некоторых избранных направлениях. Наличие фотонной запрещенной зоны обуславливает эффект локализации света, что позволяет осуществлять контроль спонтанного излучения внутри ФК и открывает путь к созданию низкопороговых лазерных излучателей для видимого и ближнего инфракрасного (ИК) диапазонов. Кроме того, использование ФК при конструировании телекоммуникационных систем может привести к снижению коэффициента затухания оптических волокон и созданию сверхбыстрых полностью оптических переключателей потоков информации, не имеющие мировых аналогов. В тоже время, практическое применение ФК лимитируется отсутствием универсальных и доступных методов их синтеза.

В настоящее время предложены многочисленные подходы к созданию ФК, основанные на использовании литографии, интерференционной голографии и самосборки коллоидных частиц, однако все существующие методы обладают как своими преимуществами, так и недостатками. В частности, методы, основанные на самосборке близких по размеру сферических коллоидных частиц, считаются весьма перспективными, поскольку относительно просты с точки зрения аппаратурного оформления и не имеют фундаментальных ограничений ни на линейные размеры образцов, ни на количество ФК, производимых за один синтез.

Полученные методом самосборки коллоидных частиц ФК часто называют синтетическими опалами из-за аналогии с широко известными природными минералами.

В свою очередь, опалы могут быть использованы в качестве основы для синтеза инвертированных опалов — пористых структур, полученных посредством заполнения пустот между сферическими частицами в опаловой матрице требуемым веществом и селективного удаления микросфер. Таким образом, еще одним очевидным преимуществом методов, основанных на самосборке коллоидных частиц, является возможность синтезировать ФК практически из любых материалов - в соответствии с описанной схемой были получены инвертированные опалы на основе металлов, неметаллов, оксидов, полупроводников, полимеров и т.д.

Основная проблема ФК на основе опалов и инвертированных опалов — их дефектность, поскольку при самосборке коллоидных частиц избежать образования структурных дефектов принципиально невозможно. В связи с этим несомненную актуальность приобретают основные дели работы:

1) синтез образцов опалов из микросфер диоксида кремния и полистирола, а также инвертированных опалов на основе различных материалов; выявление общих закономерностей формирования опалов и инвертированных опалов и факторов, оказывающих влияние на качество микроструктуры образцов;

2) разработка методов анализа дефектности опалов и инвертированных опалов.

Повышение качества структуры и разработка методов аттестации ФК - это важные шаги на пути к их практическому использованию. Не менее важно научиться управлять оптическими свойствами ФК, поэтому другими целями работы были

3) разработка метода синтеза ФК с контролируемым положением и шириной фотонной запрещенной зоны;

4) разработка методов синтеза композитов типа «ФК-люминофор» и исследование диаграмм направленности фотолюминесценции на частотах вблизи запрещенных зон.

Последняя часть исследования фактически связана с изучением возможности практического использования опалов и инвертированных опалов с высоким качеством структуры как основы для светоизлучающих элементов с контролируемой направленностью свечения.

В качестве объектов исследования были выбраны

- опалы на основе микросфер SiCb и полистирола;

- инвертированные опалы на основе оксидов S1O2, ТЮ2, AI2O3, ZnO, WO3, М113О4, БегОз и MgO, а также металлического никеля;

- композиты типа «ФК-люминофор», полученные путем заполнения внутренних пустот опалов и инвертированных опалов люминесцентными органическими комплексами редкоземельных ионов Еи3+ и ТЬ3+.

Основными методами исследования, использованными при выполнении работы, были сканирующая электронная микроскопия, оптическая спектроскопия в видимой и ИК областях, люминесцентная спектроскопия, рентгенофазовый анализ, лазерная дифракция, малоугловая рентгеновская и нейтронная дифракция и др.

В основу диссертации положены результаты научных исследований, выполненных непосредственно автором в период 2004-2007 гг. Синтетическая часть работы была выполнена в лаборатории неорганического материаловедения кафедры неорганической химии Химического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова. Исследования структурных и оптических свойств образцов осуществляли с использованием оборудования Факультета наук о материалах и Физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова. Часть электронно-микроскопических исследований образцов проводилась автором во время стажировки в Институте неорганической химии Аахенского технологического университета (RWTH) г. Аахен (Германия). Люминесцентные исследования образцов проводились при непосредственном участии автора во время стажировки в Национальной лаборатории оптоэлектронных материалов и технологий при Университете имени Сун Ят-Сена г. Гуанчжоу (Китай). Исследования образцов методами малоуглового рассеяния нейтронов осуществлялись автором в Исследовательском центре GKSS г. Геестхахт (Германия). Исследования образцов методом малоуглового рентгеновского рассеяния были выполнены в Европейском центре синхротронных исследований (ESRF) г. Гренобль (Франция).

Работа была выполнена при финансовой поддержке Российского Фонда Фундаментальных Исследований (гранты №№ 04-03-39010-ГФЕН2004а и 05-03-32778а), а также государственных контрактов Ms 02.434.11.2009, 02.513.11.3144, 02.513Л 1.3185 и 02.513.11.3186.

2. Обзор литературы

Заключение диссертации по теме «Химия твердого тела», Синицкий, Александр Сергеевич

5. Выводы

1. Синтезированы пленочные инвертированные опалы на основе оксидов SiCb, ТЮ2, AI2O3, ZnO, WO3, МП3О4, FC2O3, MgO и металлического никеля с использованием в качестве темплатов коллоидных кристаллов, в свою очередь, сформированных из полистирольных микросфер методом вертикального осаждения. Сформулированы общие рекомендации к синтезу инвертированных опалов высокого качества на основе произвольных оксидных материалов.

2. Предложен новый метод формирования фотонных кристаллов типа Ai.xBx на основе двух изоструктурных фотонных кристаллов А и В со строго контролируемой шириной фотонной запрещенной зоны. Эффективность метода продемонстрирована на- примере инвертированного опала состава (l-x)Si02 — xZnO, для которого относительная ширина стоп-зоны монотонно возрастает при увеличении параметра х.

3. В результате исследований оптических свойств металлических инвертированных опалов показано, что наблюдаемая дифракция носит двумерный характер и происходит на плоских двумерных дифракционных решетках в пределах каждого* из верхних слоев плотноупакованных сферических пустот в металлической пленке.

4. Впервые исследована люминесценция редкоземельных ионов Еи3+ и ТЬ3+ в пленочных фотонных кристаллах. Рассмотрены случаи взаимодействия» излученных фотонов как с первой, так и второй стоп-зонами фотонного кристалла. Теоретически показано, что может быть достигнута высокая направленность излучения на частотах, соответствующих краям фотонной стоп-зоны. Сравнение результатов расчетов с экспериментальными данными продемонстрировало, что существенное влияние на диаграмму направленности свечения редкоземельных ионов из реальных образцов оказывает их дефектность.

5. Предложен новый метод диагностики фотонных кристаллов, основанный на сканировании образца сфокусированным лазерным лучом и анализе наблюдаемых дифракционных картин, позволяющем определить количество и ориентацию доменов в облучаемой точке образца. Практическая значимость методики связана с возможностью быстро (анализ образца площадью вплоть до нескольких см2 занимает несколько минут) обнаружить области ФК с наилучшим качеством структуры.

6. Разработана методика анализа дефектов упаковки в опалах и инвертированных опалах, основанная на анализе дифракционных картин рентгеновского, нейтронного или лазерного излучения, полученных при различных углах поворота образца.

Благодарности

Автор работы выражает глубокую благодарность своим учителям: безвременно ушедшему из жизни чл.-корр. РАН Н.Н. Олейникову и акад. РАН Ю.Д. Третьякову. Автор признателен коллективу лаборатории неорганического материаловедения кафедры неорганической химии Химического факультета МГУ и лично к.ф.-м.н. С.О. Климонскому и чл.-корр. РАН Е.А. Гудилину за постоянную помощь в работе и поддержку. Отдельные благодарности к.ф.-м.н. Т.В. Лаптинской (Физический факультет МГУ) за помощь в проведении экспериментов по лазерной дифракции, сотрудникам Университета им. Сун Ят-Сена г. Гуанчжоу (Китай): проф. Ц. Чжоу, М. Ли, Дж. Ли и П. Жианг за помощь в изучении люминесцентных свойств фотонных кристаллов и анализе полученных результатов, проф. Н.П. Кузьминой и к.х.н. С.В. Елисеевой (Химический факультет МГУ) за любезно предоставленные люминесцентные комплексы, к.ф.-м.н. С.В. Григорьеву (ПИЯФ им. Б.П. Константинова РАН), к.ф.-м.н. Н.А. Григорьевой (СПбГУ) и к.ф.-м.н. А.В. Петухову (Университет г. . Утрехт, Нидерланды) за помощь в исследовании образцов методами малоуглового рентгеновского и нейтронного рассеяния, проф. У. Зимону за любезно предоставленный доступ к оборудованию Института неорганической химии Аахенского технологического * университета (RWTH) г. Аахен (Германия), проф. О.А. Акципетрову и к.ф.-м.н. А.А. Федянину (Физический факультет МГУ) за любезно предоставленный доступ к разнообразному оптическому оборудованию, А.А. Фурсиной (Университет им. Райса, г. Хьюстон, США), к.х.н. А.Г. Вересову и к.х.н. А.В. Гаршеву (Химический факультет МГУ) за исследование ряда образцов методом сканирующей электронной микроскопии, К.С. Напольскому (Факультет наук о материалах МГУ) за помощь в синтезе инвертированных опалов на основе металлического никеля, а также студентам Факультета наук о материалах В.В. Абрамовой, П.Е. Хохлову, Е.В. Самсоновой и А.С. Слесареву за помощь в синтезе и исследовании ряда образцов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат химических наук Синицкий, Александр Сергеевич, 2008 год

1. Johnson S.G., Joannopoulos J.D. Designing synthetic optical media: photonic crystals // Acta Materialia 51 (2003) 5823-5835.

2. Yablonovitch E. Inhibited spontaneous emission in solid-state physics and electronics // Physical Review Letters 58 (1987) 2059-2062.

3. John S. Strong localization of photons in certain disordered dielectric superlattices // Physical Review Letters 58 (1987) 2486-2489.

4. Bykov V.P. Spontaneous emission in a periodic structure // Soviet Physics Journal of Experimental and Theoretical Physics 35 (1972) 269-273.

5. Bykov V.P. Dynamic state of an excited atom situated in a periodic structure // Soviet Physics Doklady (USA) 17 (1973) 658-61.

6. Bykov V.P. Spontaneous emission from a medium with a band spectrum // Soviet Journal of

7. Quantum Electronics 4 (1975) 861-871.

8. Busch K., John S. Photonic band gap formation in certain self-organizing systems// Physical Review E 58 (1998) 3896-3908.

9. Но K.M., Chan C.T., Soukoulis C.M. Existence of a photonic gap in periodic dielectric structures // Physical Review Letters 65 (1990) 3152-3155.

10. Yablonovitch E., Gmitter T.J., Leung K.M. Photonic band structure: the face-centered-cubic case employing nonspherical atoms // Physical Review Letters 67 (1991) 2295-2298.

11. Noda S., Tomoda K., Yamamoto N., Chutinan A. Full three-dimensional photonic bandgap crystals at near-infrared wavelengths // Science 289 (2000) 604-606.

12. Fleming J.G., Lin S.Y., El-Kady I., Biswas R., Но K.M., All-metallic three-dimensional photonic crystals with a large infrared bandgap //Nature 417 (2002) 52-55.

13. Lin S.-Y., Chow E., Hietala V., Villeneuve P.R., Joannopoulos J.D. Experimental demonstration of guiding and bending of electromagnetic waves in a photonic crystals // Science 282 (1998) 274-276.

14. Noda S. Three-dimensional photonic crystals operating at optical wavelength region // Physica В 279 (2000) 142-149.

15. Noda S., Yamamoto N., Sasaki A. New realization method for three-dimensional photonic crystal in optical wavelength region // Japanese Journal of Applied Physics 35 (1996) L909-L912.

16. Noda S., Yamamoto N., Kobayashi H., Okano M., Tomoda K. Optical properties of three-dimensional photonic crystals based on Ш-V semiconductors at infrared to near-infrared wavelengths //Applied Physics Letters 75 (1999) 905-907.

17. Ozbay E., Abeyta A., Tuttle G., Tringides M., Biswas R., Chan C.T., Soukoulis C.M., Ho K.M. Measurement of a three-dimensional photonic band gap in a crystal structure made of dielectric rods // Physical Review В 50 (1994) 1945-1948.

18. Lin S.Y., Fleming J.G., Hetherington D.L., Smith B.K., Biswas R., Но K.M., Sigalas M.M., Zubrzycki W., Kurtz S.R., Bur J. A three-dimensional photonic crystal operating at infrared wavelengths // Nature 394 (1998) 251-253.

19. Krauss T.F., De La Rue R.M. Photonic crystals in the optical regime past, present and future // Progress in Quantum Electronics 23 (1999) 51-96.

20. Mack C.A. Fundamental principles of optical lithography: the science of micro fabrication. John Wiley & Sons. London. 2007. 534 p.

21. Kirihara S., Miyamoto Y., Takenaga K., Takeda M.W., Kajiyama K. Fabrication of electromagnetic crystals with a complete diamond structure by stereolithography // Solid State Communications 121 (2002) 435-439.

22. Wanke M.C., Lehmann O., Mtiller K., Wen Q., Stuke M. Laser rapid prototyping of photonic band-gap microstructures // Science 275 (1997) 1284-1286.

23. Efimov O.M., Glebov L.B., Smirnov V.I., Glebova L.N. Process for production of high efficiency volume diffractive elements in photo-thermo-refractive glass // US patent 6586141 (2003).

24. Glebov L.B. Volume hologram recording in inorganic glasses // Glass Science and Technology 75 CI (2002) 73-90.

25. Tsui J.M., Thompson C., Mehta V., Roth J.M., Smirnov V.I., Glebov L.B. Coupled-wave analysis of apodized volume gratings // Optics Express 12 (2004) 6642-6653.

26. Divliansky I., Mayer T.S., Holliday K.S., Crespi V.H. Fabrication of three-dimensional polymer photonic crystal structures using single diffraction element interference lithography // Applied Physics Letters 82 (2003) 1667-1669.

27. Campbell M., Sharp D.N., Harrison M.T., Denning R.G., Turberfield A.J. Fabrication of photonic crystals for the visible spectrum by holographic lithography // Nature, 404 (2000) 53-56.

28. Escuti M.J., Crawford G.P. Holographic photonic crystals // Optical Engineering 43 (2004). 1973-1987.

29. Lopez C. Materials aspects of photonic crystals // Advanced Materials 15 (2003) 1679-1704.

30. Xia Y., Gates В., Yin Y., Lu Y. Monodispersed colloidal spheres: old materials with new applications // Advanced Materials 12 (2000) 693-713.

31. Stein A. Sphere templating methods for periodic porous solids // Microporous and Mesoporous Materials 44-45 (2001) 227-239.

32. Xu L., Zhou W.L., Frommen C., Baughman R.H., Zakhidov A.A., Malkinski L., Wang J.-Q., Wiley J.B. Electrodeposited nickel and gold nanoscale metal meshes with potentially interesting photonic properties // Chemical Communications (2000) 997-998.

33. Bartlett P.N., Birkin P.R., Ghanem M.A. Electrochemical deposition of macroporous platinum, palladium and cobalt films using polystyrene latex sphere templates // Chemical Communications (2000) 1671-1672.

34. Velev O.D., Tessier P.M., Lenhoff A.M., Kaler E.W. A class of porous metallic nanostructures // Nature 401 (1999) 548.

35. Yan H.; Blanford C.F.; Holland B.T., Parent M.; Smyrl W.H.; Stein A.; A chemical synthesis of periodic macroporous NiO and metallic Ni // Advanced Materials 11 (1999) 1003-1006.

36. Wijnhoven J.E.G.J., Zevenhuizen S.J.M., Hendriks M.A., Vanmaekelbergh D., Kelly J.J., Vos W.L. Electrochemical assembly of ordered macropores in gold // Advanced Materials 12 (2000) 888-890.

37. Jiang P., Cizeron J., Bertone J.F., Colvin V.L. Preparation of macroporous metal films from colloidal crystals // Journal of American Chemical Society 121 (1999) 7957-7958.

38. Bartlett P.N., Ghanem M.A., El Hallag I.S., de Groot P., Zhukov A. Electrochemical deposition of macroporous magnetic networks using colloidal templates // Journal of Materials Chemistry 13 (2003) 2596-2602.

39. Juarez B.H., Lopez C., Alonso C. Formation of zinc inverted opals on indium tin oxide and silicon substrates by electrochemical deposition // Journal of Physical Chemistry В 108 (2004) 16708-16712.

40. Napolskii K.S., Sinitskii A., Grigoriev S.V., Grigorieva N.A., Eckerlebe H., Eliseev A.A., Lukashin A.V., Tretyakov Yu.D. Topology constrained magnetic structure of Ni photonic crystals // Physica В 397 (2007) 23-26.

41. Yu X., Lee Y.J., Furstenberg R., White J.O., Braun P.V. Filling fraction dependent properties of inverse opal metallic photonic crystals // Advanced Materials 19 (2007) 1689-1692.

42. Zakhidov A.A., Baughman R.H., Iqbal Z., Cui C., Khayrullin I., Dantas S.O., Marti J., Ralchenko V.G. Carbon structures with three-dimensional periodicity at optical wavelengths // Science 282 (1998) 897-901.

43. Vlasov Yu.A., Bo X.-Z., Sturm J.C., Norris D.J. On-chip natural assembly of silicon photonic band gap crystals // Nature 414 (2001) 289-293.

44. Tetreault N., Miguez H., Ozin G.A. Silicon inverse opal a platform for photonic bandgap research//Advanced Materials 16 (2004) 1471-1476.

45. Miguez H., Meseguer F., Lopez C., Holgado M., Andreasen G., Mifsud A., Fornes V. Germanium FCC structure from a colloidal crystal // Langmuir 16 (2000) 4405-4408.

46. Meseguer F., Blanco A., Miguez H., Garcia-Santamaria F., Ibisate M., Lopez C. Synthesis of inverse opals // Colloids and Surfaces A 202 (2002) 281-290.

47. Velev O.D., Jede Т.A., Lobo R.F., Lenhoff A.M. Microstructured porous silica obtained via colloidal crystal templates // Chemistry of Materials 10 (1998) 3597-3502.

48. Wijnhoven J.E.G.J., Vos W.L. Preparation of photonic crystals made of air spheres in titania // Science 281 (1998) 802-804.

49. Holland B.T., Blanford C.F., Stein A. Synthesis of macroporous minerals with highly ordered three-dimensional arrays of spheroidal voids // Science 281 (1998) 538-540.

50. Holland B.T., Blanford C.F., Do Т., Stein A., Synthesis of highly ordered, three-dimensional, macroporous structures of amorphous or crystalline inorganic oxides, phosphates and hybrid composites // Chemistry of Materials 11 (1999) 795-805.

51. Subramania G., Constant K., Biswas R., Sigalas M.M., Но K.M. Optical photonic crystals fabricated from colloidal systems // Applied Physics Letters 74 (1999) 3933-3935.

52. Subramanian G., Monoharan V.N., Thome J.D., Pine D.J. Ordered macroporous materials by colloidal assembly: a possible route to photonic bandgap materials // Advanced Materials 15 (1999) 1261-1265.

53. Yan H.; Blanford C.F.; Holland B.T., Smyrl W.H.; Stein A. General Synthesis of Periodic Macroporous Solids by Templated Salt Precipitation and Chemical Conversion // Chemistry of Materials 12 (2000) 1134-1141.

54. Gu Z.-Z, Hayami S., Kubo S., Meng Q.-B., Einaga Y., Tryk D.A., Fujishima A., Sato O. Fabrication of structured porous film by electrophoresis // Journal of American Chemical Society 123 (2001) 175-176.

55. Jiang P., Bertone J.F., Colvin V.L. A lost-wax approach to monodisperse colloids and their crystals // Science 291 (2001) 453-457.

56. Johnson N.P., McComb D.W., Richel A., Treble M., De La Rue R.M. Synthesis and optical properties of opal and inverse opal photonic crystals // Synthetic Metals 116 (2001) 469-473.

57. McComb D.W., Treble B.M., Smith C.J., De La Rue R.M., Johnson N.P. Synthesis and characterisation of photonic crystals // Journal of Materials Chemistry 11 (2001) 142-148.

58. Wijnhoven J.E.G.J., Bechger L., Vos W.L., Fabrication and characterization of large macroporous photonic crystals in titania // Chemistry of Materials 13 (2001) 4486-4499.

59. Richel A., Johnson N.P., McComb D.W. Observation of Bragg reflection in photonic crystals synthesized from air spheres in a titania matrix // Applied Physics Letters 76 (2000) 18161818.

60. Gates В., Mayers В., Li Z.-Y., Xia Y. Fabrication of micro- and nanostructures with monodispersed colloidal spheres as the active components // Materials Research Society Symposium 636 (2001) D9.15.l-6.

61. Gu Z.-Z., Kubo S., Fujishima A., Sato O. Infiltration of colloidal crystal with nanoparticles using capillary forces: a simple technique for the fabrication of films with an ordered porous structure // Applied Physics A 74 (2002) 127-129.

62. Kuai S.L., Hu X.F., Troung V.-V. Synthesis of thin film titania photonic crystals through a dip-infiltrating sol-gel process // Journal of Crystal Growth 259 (2003) 404-410.

63. Kuai S.-L., Troung V.-V., Hache A., Hu X.-F. A comparative study of inverted-opal titania photonic crystals made from polymer and silica colloidal crystal templates // Journal of Applied Physics 96 (2004) 5982-5986.

64. Halaoui L.I., Abrams N.M., Mallouk Т.Е. Increasing the conversation efficiency of dye-sensitized ТЮ2 photoelectrochemical cells by coupling to photonic crystals // Journal of Chemical Physics В 109 (2005) 6334-6342.

65. Badilescu S., Ashrit P.V. Study of sol-gel prepared nanostructured WO3 thin films and composites for electrochromic applications // Solid State Ionics 158 (2003) 187-197.

66. Kuai S.-L., Bader G., Ashrit P.V. Tunable electrochromic photonic crystals // Applied Physics Letters 86 (2005) 221110.

67. Golubev V.G., Davydov V.Yu., Kartenko N.F., Kurdyukov D.A., Medvedev A.y., Pevtsov A.B., Scherbakov A.V., Shadrin E.B. Phase transition-governed opal-VC>2 photonic crystal // Applied Physics Letters 79 (2001) 2127-2129.

68. Mazurenko D.A., Kerst R., Dijkhuis J.I., Akimov A.V., Golubev V.G., Kaplyanskii A.A., Kurdyukov D.A., Pevtsov A.B. Subpicosecond shifting of the photonic band gap in a three-dimensional photonic crystal // Applied Physics Letters 86 (2005) 041114.

69. Sinitskii A., Abramova V., Laptinskaya Т., Tretyakov Yu. Domain mapping of inverse photonic crystals by laser diffraction // Physics Letters A 366 (2007) 516-522.

70. Абрамова B.B., Синицкий A.C., Третьяков Ю.Д. Фотонные кристаллы с заданной шириной запрещенной зоны // Письма в ЖЭТФ 86 (2007) 370-373.

71. Norris D.J., Vlasov Yu.A. Chemical approaches to three-dimensional semiconductor photonic crystals // Advanced Materials 13 (2001) 371-376.

72. Braun P.V., Wiltzius P. Electrochemically grown photonic crystals // Nature 402 (1999) 603604.

73. Vlasov Yu.A., Yao N., Norris D.J. Synthesis of. photonic crystal for optical wavelengths from, semiconductor quantum dots // Advanced Materials 11 (1999) 165-169.

74. Romanov S.G., Мака Т., Sotomayor Torres C.M., Muller M, Zentel R. Emission in a SnS2 inverted opaline photonic crystal // Applied Physics Letters 79 (2001) 731-733.

75. Park S.H, Xia Y. Fabrication of three-dimensional macroporous membranes with assemblies of microspheres as templates // Chemistry of Materials 10 (1998) 1745-1747.

76. Johnson S.A., Ollivier P. J., Mallouk Т.Е. Ordered mesoporous polymers of tunable pore size from colloidal silica templates // Science 283 (1999) 963-965.

77. Li J., Wu Y., Fu J., Cong Y., Peng J., Han Y. Reversibly strain-tunable elastomeric photonic crystals // Chemical Physics Letters 390 (2004) 285-289.

78. Fudouzi H., Sawada T. Photonic rubber sheets with tunable color by elastic deformation // Langmuir 22 (2006) 1365-1368.

79. Romanov S.G., Johnson N.P., Fokin A.V., Butko V.Y., Yates H.M., Pemble M.E., Sotomayor Torres C.M. Enhancement of the photonic gap of opal-based three-dimensional gratings // Applied Physics Letters 70 (1997) 2091-2093.

80. Yates H.M., Pemble M.E., Miguez H., Blanco A., Lopez C., Meseguer F., Vazquez L. Atmospheric pressure MOCVD growth of crystalline InP in opals // Journal of Crystal Growth 193(1998) 9-15.

81. Romanov S.G., De La Rue R.M., Yates H.M., Pemble M.E. Impact of GaP layer deposition upon photonic bandgap behaviour of opal // Journal of Physics: Condensed Matter 12 (2000) 339-348.

82. Nakamura S., Fasol G. The blue laser diode: GaN based light emitters and lasers. Berlin, Springer 1997.

83. Fan S., Villeneuve P.R., Joannopoulos J.D. Large omnidirectional band gaps in metallodielectric photonic crystals // Physical Review В 54 (1996) 11245-11251.

84. Moroz A. Three-dimensional complete photonic-band-gap structures in the visible // Physical Review Letters 83 (1999) 5274-5277.

85. Zhang W.Y., Lei X.Y., Wang Z.L., Zheng D.G., Tam W.Y., Chan C.T., Sheng P. Robust photonic band gap from tunable scatterers // Physical Review Letters 84 (2000) 2853-2856.

86. El-Kady I., Sigalas M.M., Biswas R., Но K.M., Soukoulis C.M. Metallic photonic crystals at optical wavelengths // Physical Review В 62 (2000) 15299-15302.

87. Синицкий A.C., Кнотько A.B., Третьяков Ю.Д. Особенности синтеза фотонных кристаллов методом самоорганизации коллоидных микрочастиц // Неорганические материалы 41 (2005) 1336-1342.

88. Vlasov Yu.A., Astratov V.N., Baryshev A.V., Kaplyanskii A.A., Karimov O.Z., Limonov M.F. Manifestation of intrinsic defects in optical properties of self-organized opal photonic crystals // Physical Review E 61 (2000) 5784-5793.

89. Денискина Н.Д., Калинин Д.В., Казанцева JI.K. Благородные опалы, их синтез и генезис в природе. Новосибирск, Наука. 1980.

90. Sanders J.V. Colour of precious opal // Nature 204 (1964) 1151-1153.

91. Gaskin A.J., Elwood E., Darragh PJ. Opaline materials and method of preparation // USpatent 3497367 (1970).

92. Корнилов Н.И., Солодова Ю.П. (под ред. Н.И. Гинзбурга). Ювелирные камни. Москва, Недра. 19 82.

93. Holgado М., Garcia-Santamaria F., Blanco A., Ibisate М., Cintas A., Miguez Н., Serna C.J., Molpeceres С., Requena J., Mifsud A., Meseguer F., Lopez C. Electrophoretic deposition to control artificial opal growth // Langmuir 15 (1999) 470Ы704.

94. Jiang P., Bertone J.F., Hwang K.S., Colvin V. Single-crystal colloidal multilayers of controlled thickness//Chemistry of Materials 11 (1999)2132-2140.

95. Wostyn K., Zhao Y., Yee В., Clays K., Persoons A., de Schaetzen G., Hellemans L. Optical properties and orientation of arrays of polystyrene spheres deposited using convective self-assembly // Journal of Chemical Physics 118 (2003) 10752-19757.

96. Dimitrov A.S., Nagayama K. Continuous convective assembling of fine particles into two-dimensional arrays on solid surfaces // Langmuir 12 (1996) 1303-1311.

97. Dimitrov A.S., Miwa Т., Nagayama К. A comparison between the optical properties of amorphous and crystalline monolayers of silica particles // Langmuir 15 (1999) 5257-5264.

98. Bertone J.F., Jiang P., Hwang K.S.,Mittleman D.M., Colvin V.L. Thickness dependence of the optical properties of ordered silica-air and air-polymer photonic crystals // Physical Review Letters 83 (1999) 300-303.

99. Im S.H., Lim Y.T., Suh D.J., Park O.O. Three-dimensional self-assembly of colloids at a water-air interface: a novel technique for the fabrication of photonic bandgap crystals // Advanced Materials 14(2002) 1367-1369.

100. Park S.H., Qin D., Xia Y. Crystallization of mesoscale particles over large areas // Advanced Materials 10 (1998) 1028-1032.

101. Park S.H., Xia Y. Macroporous membranes with highly ordered and three-dimensionally interconnected spherical pores // Advanced Materials 10 (1998) 1045-1048.

102. Kittel Ch. Introduction to Solid State Physics. 6th ed. Wiley, New York 1986.

103. Woodcock L. Entropy difference between the face-centered cubic and the hexagonal close-packed crystal structures //Nature 385 (1997) 141-143.

104. Miguez H., Meseguer F., Lopez C., Mifsud A., Moya J.S., Vazquez L. Evidence of FCC crystallization of Si02 nanospheres // Langmuir 15 (1999) 4701-4704.

105. Baier S. // Zeitschrift fur Kristallographie 81 (1932) 181.

106. Vlasov Yu.A., Astratov V.N., Karimov O.Z., Kaplyanskii A.A., Bogomolov V.N., Prokofiev A.V. Existence of a photonic pseudogap for visible light in synthetic opals // Physical Review В 55 (1997) R13 357-360.

107. Miguez H., Lopez C., Meseguer F., Blanco A., Vazquez L., Mayoral R., Ocana M., Fornes V. and Mifsud A. Photonic crystal properties of packed submicrometric Si02 spheres // Applied Physics Letters 71 (1997) 1148-1150.

108. Sinitskii A.S., Klimonsky S.O., Garshev A.V., Primenko A.E., Tretyakov Yu.D. Synthesis and microstructure of silica photonic crystals // Mendeleev Communications 14 (2004) 165-167.

109. Baryshev A.V., Kaplyanskii A.A., Kosobukin V.A., Samusev K.B., Usvyat D.E., Limonov M.F. Photonic band-gap structure: from spectroscopy towards visualization // Physical Review В 70 (2004) 113104.

110. Astratov V.N., Vlasov Yu.A., Karimov O.Z., Kaplyanskii A.A., Musikhin Yu.G., Bert N.A., Bogomolov V.N., Prokofiev A.V. Photonic band structure of 3D ordered silica matrices // Superlattices and Microstructures 22 (1997) 393-397.

111. Stober W., Fink A., Bohn E. Controlled growth of monodisperse silica spheres in the micron size range // Journal of Colloid and Interface Science 26 (1968) 62-69.

112. Bogush G.H., Tracy M.A., Zukoski C.F. Preparation of monodisperse silica particles: control of size and mass fraction // Journal of Non-Crystalline Solids 104 (1988) 95-106.

113. Masalov V.M., Aldushin K.A., Dolganov P.V., Emel'chenko G.A. Si02-microspheres ordering in 2D structures // Physics of Low-Dimensional Structures 5-6 (2001) 45-54.

114. Goodwin J.W., Hearn J., Но C.C., Ottewill R.H. Studies on the preparation and characterization of monodisperse polystyrene lattices. III. Preparation without added surface active agents // Colloid and Polymer Science 252 (1974) 464-471.

115. Tauer K., Deckwer R., Kuhn I., Schellenberg C. A comprehensive experimental study of surfactant-free emulsion polymerization of styrene // Colloid and Polymer Science 277 (1999) 607-626.

116. Reese C.E., Asher S.A. Emulsifier-free emulsion polymerization produces highly charged, monodisperse particles for near infrared photonic crystals // Journal of Colloid and Interface Science 248 (2002) 41-46.

117. Li M., Zhang P., Li J., Zhou J., Sinitskii A., Abramova V., Klimonsky S.O., Tretyakov Y.D. Directional emission from rare earth ions in inverse photonic crystals // Applied Physics В 89(2007) 251-255.

118. Tarhan I.I., Watson G.H. Analytical expression for the optimized stop bands of fee photonic crystals in the scalar-wave approximation // Physical Review В 54 (1996) 75937597.

119. Braunstein R., Moore A.R., Herman F. Intrinsic optical absorption in germanium-silicon alloys // Physical Review 109 (1958) 695-710.

120. Ozbay E., Temelkuran В., Sigalas M., Tuttle G., Soukoulis C.M., Но K.M. Defect structures in metallic photonic crystals // Applied Physics Letters 69 (1996) 3797-3799.

121. Sievenpiper D.F., Yablonovitch E., Winn J.N., Fan S., Villeneuve P.R., Joannopoulos J.D. 3D metallo-dielectric photonic crystals with strong capacitive coupling between metallic islands // Physical Review Letters 80 (1998) 2829-2832.

122. Sigalas M.M., Grot A., Mirkarimi L.W., Flory C. Two-dimensional photonic crystal slab waveguide // US patent 6560006 (2003).

123. Pralle M.U., Moelders N., McNeal M.P., Puscasu I., Greenwald A.C., Daly J.T., Johnson E.A., George Т., Choi D.S., El-Kady I., Biswas R. Photonic crystal enhanced narrow-band infrared emitters // Applied Physics Letters 81 (2002) 4685-4687.

124. Galisteo-Lopez J.F., Palacios-Lidon E., Castillo-Martinez E., Lopez C. Optical study of the pseudogap in thickness and orientation controlled artificial opals // Physical Review В 68 (2003) 115109.

125. Allard M., Sargent E.H., Lewis P.C., Kumacheva E. Colloidal crystals, grown on patterned surfaces // Advanced Materials 16 (2004) 1360-1364.

126. Prevo B.G., Velev O.D. Controlled, rapid deposition of structured coatings from micro-and nanoparticle suspensions // Langmuir 20 (2004) 2099-2107.

127. Amos R.M., Rarity J.G., Tapster P.R., Shepherd T.J., Kitson S.C. Fabrication of large-area face-centered-cubic hard-sphere colloidal crystals by shear alignment // Physical Review E 61 (2000) 2929-2935.

128. Lumsdon S.O., Kaler E.W., Williams J.P., Velev O.D. Dielectrophoretic assembly of oriented and switchable two-dimensional photonic crystals // Applied Physics Letters 82 (2003) 949-951.

129. Garcia-Santamaria F., Galisteo-Lopez J.F., Braun P.V., Lopez C. Optical diffraction and high-energy features in three-dimensional photonic crystals // Physical Review В 71 (2005) 195112.

130. Sinitskii A., Abramova V., Laptinskaya Т., Tretyakov Yu. Domain mapping of inverse photonic crystals by laser diffraction // Physics Letters A 366 (2007) 516-522.

131. Martorell J., Lawandy N.M Observation of inhibited spontaneous emission in a periodic dielectric structure // Physical Review Letters 65 (1990) 1877-1880.

132. Bogomolov V.N., Prokofiev A.V., Samoilovich S.M., Petrov E.P., Kapitonov A.M., Gaponenko S.V. Photonic band gap effect in a solid state cluster lattice // Journal of Luminescence 72-74 (1997) 391-392.

133. Petrov E.P., Bogomolov V.N., Kalosha I.I., Gaponenko S.V. Spontaneous emission of organic molecules embedded in a photonic crystal // Physical Review Letters 81 (1998) 7780.

134. Megens M., Wijnhoven J.E.G.J., Lagendijk A., Vos W.L. Fluorescence lifetimes and linewidths of dye in photonic crystals // Physical Review A 59 (1999) 4727-4731.

135. Romanov S.G., Мака Т., Sotomayor Torres C.M., Muller M., Zentel R., Suppression of spontaneous emission in incomplete opaline photonic crystal // Journal of Applied Physics 91 (2002) 9426-9428.

136. Rogach A.L., Kotov N.A., Koktysh D.S., Susha A.S., Caruso F. II-VI semiconductor nanocrystals in thin films and colloidal crystals // Colloids and Surfaces A 202 (2002) 135144.

137. Lin Y., Zhang J., Sargent E.H., Kumacheva E. Photonic pseudo-gap-based modification of photoluminescence from CdS nanocrystal satellites around polymer microspheres in a photonic crystal // Applied Physics Letters 81 (2002) 3134-3136.

138. Zhang J.Y., Wang X.Y., Xiao M., Ye Y.H. Modified spontaneous emission of CdTe quantum dots inside a photonic crystal // Optics Letters 28 (2003) 1430-1432.

139. Romanov S.G., Chigrin D.N., Sotomayor Torres C.M., Gaponik N., Eychmiiller A., Rogach A.L. Emission stimulation in a directional band gap of a CdTe-loaded opal photonic crystal // Physical Review E 69 (2004) 046606.

140. Koenderink A.F., Vos W.L. Light exiting from real photonic band gap crystals is diffuse and strongly directional // Physical Review Letters 91 (2003) 213902.

141. Lodahl P., Van Driel A.F., Nikolaev I.S., Irman A., Overgaag K., Vanmaekelbergh D., Vos W.L. Controlling the dynamics of spontaneous emission from quantum dots by photonic crystals // Nature 430 (2004) 654-657.

142. Nikolaev I.S., Lodahl P., Vos W.L. Quantitative analysis of directional spontaneous emission spectra from light sources in photonic crystals // Physical Review A 71 (2005) 053813.

143. Barth M., Gruber A., Cichos F. Spectral and angular redistribution of photoluminescence near a photonic stop band // Physical Review В 72 (2005) 085129.

144. Pavarini E., Andreani L.C., Soci C., Galli M., Marabelli F. Band structure and optical properties of opal photonic crystals // Physical Review В 72 (2005) 045102.

145. Koenderink A.F., Megens M., Van Soest G., Vos W.L., Lagendijk A. Enhanced backscattering from photonic crystals // Physics Letters A 268 (2000) 104-111.

146. Ward A.J., Pendry J.B. A program for calculating photonic band structures and Green's functions using a non-orthogonal FDTD method // Computer Physics Communications 112 (1998)23-41.