Los cristales fotónicos son materiales en los que se ha creado artificialmente una modulación periódica de las propiedades constitutivas. El nombre proviene de una analogía con los semiconductores, pues la modulación periódica produce bandas de frecuencias permitidas y prohibidas para la propagación de ondas electromagnéticas, básicamente el mismo efecto ondulatorio por el que los potenciales peródicos en los cristales semiconductores producen bandas de energía prohibida para la propagación electrónica. Según su periodicidad, los cristales fotónicos se clasifican en 1D, 2D y 3D

Los ópalos artificiales que mencioné en la clase del martes 4 son cristales fotónicos 3D que imitan a los ópalos naturales

La condición de bandas prohibidas surge como consecuencia de efectos de interferencia y se conoce como “condición de Bragg”: la diferencia de camino óptico en el scattering de radiación entre dos centros dispersores contiguos debe ser un múltiplo entero de longitudes de onda. Por este motivo, la periodicidad de un cristal fotónico tiene que ser comparable con la longitud de onda, de esta manera la radiación usada “ve” una estructura fuertemente inhomogénea que no podrá caracterizarse mediante parámetros efectivos como el índice de refracción.

Debido a los efectos de interferencia, los cristales con periodos mas grandes dan bandas prohibidas en  mayores longitudes de onda. Esto se ve en la figura,

donde el cristal fabricado con esferas de radio más grande tiene una banda prohibida en el rojo (o sea que refleja mejor el color rojo), mientras que el cristal fabricado con esferas de radio menor tiene una banda prohibida en el azul (o sea que refleja mejor el color azul).

Fuera de las bandas prohibidas, no es tan fácil correlacionar tamaños y geometrías con las propiedades ópticas de estos materiales artificiales, como se ve en esta figura

tomada de este trabajo, que forma parte de una colaboración entre mi grupo (especializado en el estudio teórico de propiedades ópticas de materiales complejos)  y un grupo español (especializado en fabricar y caracterizar nuevos nanomateriales). El objetivo de este estudio era determinar el grado de perfección de los métodos de fabricación de ópalos artificiales mediante la comparación entre las curvas  teóricas ideales y las curvas medidas (de reflectancia R y de transmitancia T)

: