晶體是具有周期性結構的固體，即，當原子移位時，它們會取代其他原子的確切位置，而其他原子在該位置是移位之前的位置。這個事實在20世紀初得到了科學證明。它催生了現代固態物理學，也為半導體技術的發展奠定了基礎。

據《激光制造商情》了解，近期，ITMO（俄羅斯圣光機大學）的研究人員在《高級光學材料》上發表了一篇論文，論文稱，他們進行了數個實驗，以研究聚合物準晶體，最終證實了其最初的理論。將來，準晶體的使用可能為激光和傳感器設計開辟新的可能性。

ITMO物理與工程學院副教授Mikhail Rybin表示：“計算機、智能手機、LED燈泡、激光器……我們無法想象的所有生活，都是因為我們了解半導體材料晶體結構的性質。周期性結構的理論使我們可以得出結論：波（無論是光、電子還是聲音）只能以兩種方式移動。波要么在晶體中向前傳播，要么以所謂的帶隙頻率迅速衰減。沒有其他選擇，它極大簡化了粒子傳播的規律，同時簡化了工程任務。”

但是，某些設備要求晶體既不傳輸也不消滅波，而是將其保留一段時間，這需要光“陷阱”之類的東西。

“例如，對于激光或傳感器操作，該波必須多次通過設備的工作區域，以提高其與有源元件相互作用的效率。” Mikhail Rybin解釋說，“為光線創建這樣的“陷阱”尤其重要，因為很難將其保持在較小的區域內。對于現代物理學來說，這是一項重要的技術挑戰。”

越大越好

理想情況下，整個材料應起“陷阱”的作用，因為捕獲的光越多，波與活性物質的相互作用就越有效。但是，在晶體的情況下是不可能的。如前所述，它只能消滅或讓波浪通過。

光“陷阱”

Mikhail Rybin指出：“或者，有可能將光集中在無序結構中，例如粉末中。但是，我們無法在此類系統中實現可重復性。在一個樣本中，粒子以一種方式排列，而在另一種方式中完全不同。對于應用任務，您需要一些適合大量生產相同設備的東西。”

還有第三種方式。我們可以使用一種中間類型的材料，其中顆粒不會像晶體中那樣形成周期性的晶格，但同時在數學上有嚴格的排序。這些結構被稱為準晶體，它們是在1980年代發現的，自那以后就被物理學家研究。

“由于準晶體沒有周期性，也沒有限制。”Mikhail Rybin教授說，“波可以直接通過而不會損失或迅速消失。2017年發表的一篇論文預測了準晶體結構中的光局部化現象，我們必須通過實驗進行確認。”

說起來容易做起來難

在研究準晶體的近40年中，物理學家已經了解了它們的結構并學會了在計算機上對其進行建模。問題在于這種準晶體在微觀水平上不那么容易合成。

物理與工程學系的博士生Artem Sinelnik說：“那是技術發展為我們提供幫助的時候。” “在我們的教職員工中，有一種用于三維納米打印的裝置，其中的體素約為半微米，比人的頭發小一百倍。在它的幫助下，我們創建了一種準晶體結構，該結構在三維空間中具有復雜的材料結構分布。”

創建樣本后，科學家們開始了他們的初步研究。他們用電子顯微鏡分析了表面質量。然后，他們進行了光學測量，以確認樣品的內部容量確實具有準晶體結構。

該論文的共同作者阿特姆·西內爾尼克（Artem Sinelnik）解釋說：“在那之后，我們進行了一個實驗，將短的光脈沖發送到準晶體，并測量了所謂的余輝。事實證明，光會延遲地離開我們的樣本，也就是說，該波在內部保持了很長時間。因此，我們已經證實了在三維聚合物準晶體中捕獲光的能力。”

前景展望

目前，這項工作還僅僅是基礎。它演示了使用三維納米打印創建的聚合物準晶體的主要光學特性，以及它們對光的定位能力。但是，正如作者所指出的，該研究可能會在將來應用。

“例如，通常根據一種事實來設計激光器，即我們擁有一種有源介質，在該介質中，光會通過足夠大的外部諧振器進行定位，” Mikhail Rybin解釋說。“在這項工作中，我們已經證明準晶體可以將活性介質和諧振器的功能組合在一個結構中。”