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| 反蛋白石结构 |
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中文名称；反蛋白石结构 外文名称；inverse opal 学科；理学 类型；结构 成分；反蛋白石 |
反蛋白石结构(inverse opal)代表了一大类可望实现完全光子带隙的结构。这种结构只要填充材料的折射率跟周边的介质（例如空气）的比值达到一定的数值时，其周期对称的结构将出现完全光子带隙。[1]
简介
它以SiO2，PS，PMMA等蛋白石为模板，在其空隙中填充高折射率的材料或其前体材料，填充完毕待材料在空隙间矿化后，通过锻烧、化学腐蚀、溶剂溶解等方法除去初始的SiO2或聚合物模板。原有的模板除去后得到规则排列的球形的空气孔，空气的折射率接近1，要求填充材料有高的折射率(如2.8)和所在波长的光学透明。
特性
光子晶体的带隙越宽，其性能越好。一般而言，光子禁带会受到晶体的晶格结构及两种介质的填充率、介电常数比的影响。对于晶格结构，完全禁带更容易出现在具有近球形第一布里渊区的结构中，因此二维六角结构和三维面心结构能得到较大的带隙。周期排列的两种介质的介电常数差越大，布拉格散射越强烈，就越有可能出现光子禁带。
由已有的研究得知，降低光子晶体的对称性，可以增大光子晶体的带隙。球形构成的fcc结构具有很高的对称性，对称性引起的能级简并使它难于产生完全禁带。为了消除对称性，在fcc结构的晶胞内引入两个球形粒子构成diamond结构，能产生很宽的完全禁带。woodpile结构具有面心四方对称性，它可以看成是fcc结构沿垂直方向伸长后的结构。
通过理论计算发现，fcc结构由于高对称性引起的能级简并，除了在背景材料为高介电材料、空气小球密堆积排列时能产生完全禁带，其他情况下不产生完全禁带。diamond结构实际上是基于双球结构的fcc结构，相比fcc结构，它的对称性明显降低，更容易产生完全禁带。
在高介电材料中钻孔形成的diamond结构比由介质小球在空气中堆积形成的diamond结构更容易产生完全禁带，且禁带宽度和最大带隙率也都非常理想。woodpile结构是由层层叠加法制作出来的，虽然制作工艺比较复杂，但产生的禁带宽度和最大带隙率都比较理想，相比diamond结构，填充率的调节范围更宽，这给实验制备的精度要求带来了方便。
同时我们发现，对于不同的三维光子晶体结构，其完全禁带的宽度和带隙率都可通过增大介电常数比得到进一步优化。目前为止，由于fcc结构易于从蛋白石结构中获得，而且所需工艺也比之其他较为简便，是最热门，研究最深入的反蛋白石结构。
到目前为止，共报道过三种反蛋白石结构，一是壳型结构（SHS），是指绝缘（dielectric）的球壳包围着空球，是一种不完全的填充；二是剩余体积结构，是指蛋白石球外围均被填充；三是Dong等提出的骨架结构，也是一种不完全填充，但由一些不导电的圆柱连接四面体或八面体结构上述构成光子晶体的结构中，以金刚石结构，反蛋白石结构和面心四方结构为主，目前只有反蛋白石结构能不用微加工的工艺来实现。
在面心立方结构中，目前有争议在于核壳型结构（SHS）是否属于反蛋白石结构，这两种结构的区别在于空气球外包覆的壳层是否占据整个空隙，而这会导致填入介质介电常数与其完全带隙宽度的一些变化，但这种变化影响并不是很大，故本文将核壳结构归入反蛋白石结构。为几种主要结构的比较，形成结构的材料为Ge，比较归一化中心频率v和带宽Δ。其中CS表示核壳结构，表中所用数据为核壳结构在该材料下获得的最宽带隙。