Structural characterization of opal-based photonic crystals

In dieser Arbeit wurden zwei Arten 3D-photonischer Kristalle (opale und invers-opale) durch Kapillar-Abscheidungsverfahren (CDM) hergestellt. Das Ziel der Arbeit ist die detaillierte Bestimmung der gebildeten Kristallstrukturen sowie die Analyse der Kristalldefekte. Die ersten Ergebnisse von Neutronenbeugungsergbnissen (SANS) zeigen, daß sich fast perfekte fcc-Gitter bilden mit Gitterkonstanten von 361 nm und 255 nm. In Bezug auf die Messgenauigkeit liegt die Abweichung vom perfekten fcc-Gitter unter 3,3% in der Länge oder unter 2° im Winkel. Allerdings konnte die Existenz zweier verzwillingter fcc-Strukturen durch \(\chi\)-Drehversuche in den SANS-Messungen gezeigt werden, wobei beide fast gleich häufig auftreten. Die SANS-Muster zeigen eine deutliche Asymmetrie in den Intensitäten für alle opalen Filme. Dies wird durch eine nichtsymmetrische Verteilung von Stapelfehlern beschrieben. Diese Asymmetrie ist in den Beugungsmustern der invers-opalen Struktur allerdings fast verschwunden.Two types of 3D photonic crystals (opal and invers opal films) are fabricated by so-called capillary deposition method (CDM. The goal of the thesis is the detailed investigation of the crystalline structure and the disorder of the opal-like films. Preliminary SANS results showed almost isotropic fcc structure. With respect to the measurement accuracy, deviation from perfect fcc lattice must be below 3.3% in length or below 2° in angle. The lattice constant was 361 nm and 255 nm for opal and inverse opal films, respectively. However, the existence of two twined fcc structure was shown by the \(\chi\)-rotation in SANS experiment, depicting nearly the same probability of occurrence. The SANS patterns showed clear asymmetry in the peak intensities in the case of opal films. This was described by a non-symmetric distribution of stacking faults. However, this asymmetry was almost vanished in the diffraction pattern of the inverse opal