Условие Вульфа — Брэгга приобретает большое значение в
рентгеноструктурном анализе и рентгеновской топографии, где оно
используется для определения межплоскостных расстояний и поиска дефектов
в кристаллах.
В новых опытах место природных образцов заняли специально
изготовленные кремниевые двумерные фотонные кристаллы — материалы с
пространственно-периодической модуляцией диэлектрической проницаемости.
Один из них, сфотографированный с помощью сканирующего электронного
микроскопа, показан на рисунке ниже. Легко заметить, что искусственный
кристалл действительно имеет периодическую структуру, а вариацию
диэлектрической проницаемости обеспечивает набор круглых отверстий
радиусом в 155 ± 10 нм. Длины сторон а и с отмеченной белым элементарной ячейки составляют 693 ± 10 и 488 ± 11 нм.
Микроснимок двумерного фотонного кристалла и схемы
расположения кристаллографических плоскостей (иллюстрация из журнала
Physical Review Letters).
Когда излучение, которое идёт в обозначенных на рисунке направлениях
ГМ’ или ГК, попадает на такой фотонный кристалл, можно ожидать простой
брэгговской дифракции на плоскостях, выделенных розовым и синим. В
эксперименте она наблюдалась как выраженный пик в спектре отражения,
проявляющийся на длинах волн, которые удовлетворяют условию Вульфа —
Брэгга. Можно сказать, что в фотонном кристалле при этом открывались
«стоп-зоны» — спектральные области, запрещённые для распространения
электромагнитных волн.
«Стоп-зоны» также должны формироваться в результате многолучевой
брэгговской дифракции на нескольких различных плоскостях. Дифракция
этого типа давно известна, однако ранее она отмечалась только на длинах
волн, уступающих длине из простейшего условия Вульфа — Брэгга первого
порядка (λ = 2d).
К удивлению авторов, при измерениях в направлении ГК они, в
дополнение к ожидаемой «стоп-зоне», соответствующей простой брэгговской
дифракции на синих кристаллографических плоскостях, обнаружили ещё одну
зону, расположенную в области бóльших длин волн. Поскольку бóльшим
значениям λ соответствуют меньшие частоты, такой эффект и назвали «суббрэгговским».
Как выяснилось, этот неожиданный результат был получен вполне
традиционным способом — за счёт многолучевой брэгговской дифракции на
«диагональных» кристаллографических плоскостях, выделенных на схеме в
правой нижней части рисунка. Ничего нового исследователи, таким образом,
не открыли, но описали весьма интересное явление, которое можно
зарегистрировать и в стандартных рентгеновских экспериментах с
кристаллами. Обнаруженный эффект универсален, а потому аналогичная
«суббрэгговская» дифракция должна обнаруживаться и для электронов в
графене, и для фононов.
По материалам: ScienceNOW
| 
