Cristalele fotonice, cunoscute și sub denumirea de materiale fotonice bandgap, sunt nanostructuri periodice care pot direcționa selectiv lungimile de undă ale luminii în aproape același mod ca semiconductorii de pe un cip de computer lăsați selectiv să treacă prin anumite benzi de energie electronică. Termenul „bandgap” se referă doar la golurile din banda spectrală de lumină care strălucește prin. Un curcubeu, de exemplu, nu are benzi interzise, deoarece apa este transparentă și nu absoarbe nicio frecvență specifică. Un curcubeu care trece printr-un cristal fotonic ar avea goluri selective în funcție de nanostructura particulară din cristal.
Există câteva materiale naturale care aproximează structura unui cristal fotonic. Unul dintre ele este opalul din piatră prețioasă. Irizația sa asemănătoare curcubeului este cauzată de nanostructurile periodice din interior. Periodicitatea nanostructurii determină prin ce lungimi de undă de lumină sunt permise și care nu. Perioada structurii trebuie să fie jumătate din lungimea de undă a luminii care este permisă să treacă. Lungimile de undă permise sunt cunoscute sub denumirea de „moduri”, în timp ce lungimile de undă interzise sunt intervale ale benzilor fotonice. Un opal nu este un cristal fotonic adevărat, deoarece îi lipsește o bandă interzisă completă, dar o aproximează suficient de aproape pentru scopurile acestui articol.
Un alt material natural care include un cristal fotonic sunt aripile unor fluturi, cum ar fi genul Morpho. Acestea dau naștere unor frumoase aripi albastre irizate.
Cristalele fotonice au fost studiate pentru prima dată de celebrul om de știință britanic Lord Raleigh în 1887. Un cristal fotonic sintetic unidimensional numit oglindă Bragg a făcut obiectul studiilor sale. Deși oglinda Bragg în sine este o suprafață bidimensională, produce doar efectul band gap într-o singură dimensiune. Acestea au fost folosite pentru a produce acoperiri reflectorizante unde banda de reflexie corespunde benzii interzise fotonice.
O sută de ani mai târziu, în 1987, Eli Yablonovitch și Sajeev John au sugerat posibilitatea apariției cristalelor fotonice bidimensionale sau tridimensionale, care să producă spații de bandă în mai multe direcții diferite simultan. S-a realizat rapid că astfel de materiale ar avea numeroase aplicații în optică și electronică, cum ar fi LED-uri, fibră optică, lasere nanoscopice, pigment ultraalb, antene și reflectoare radio și chiar computere optice. Cercetările asupra cristalelor fotonice sunt în desfășurare.
Una dintre cele mai mari provocări în cercetarea cristalelor fotonice este dimensiunea mică și precizia necesare pentru a produce efectul band gap. Sintetizarea cristalelor cu nanostructuri de epocă este destul de dificilă cu tehnologiile de fabricație actuale, cum ar fi fotolitografia. Cristalele fotonice 3-D au fost proiectate, dar fabricate doar la o scară extrem de limitată. Poate că odată cu apariția producției de jos în sus sau a nanotehnologiei moleculare, va deveni posibilă producția în masă a acestor cristale.