Fotoniset kiteet, jotka tunnetaan myös nimellä fotoniset kaistaleikkausmateriaalit, ovat jaksollisia nanorakenteita, jotka voivat valikoivasti ohjata valon aallonpituuksia suunnilleen samalla tavalla kuin puolijohteet tietokonepiirillä, jotka valikoivasti päästetään tiettyjen elektronisten energiakaistojen läpi. Termi “bandgap” viittaa vain aukkoihin valon spektriaallossa, joka loistaa läpi. Esimerkiksi sateenkaarista puuttuu kaistaraot, koska vesi on läpinäkyvää eikä absorboi tiettyä taajuutta. Fotonisen kiteen läpi kulkevassa sateenkaarissa olisi valikoivia aukkoja riippuen kiteen erityisestä nanorakenteesta.
On olemassa pari luonnonmateriaalia, jotka lähentävät fotonisen kiteen rakennetta. Yksi niistä on jalokiviopaali. Sen sateenkaarimainen värähtely johtuu sisäisistä ajoittaisista nanorakenteista. Nanorakenteen jaksollisuus määrittää, mitkä valon aallonpituudet ovat sallittuja ja mitkä eivät. Rakenteen jakson on oltava puolet sen valon aallonpituudesta, joka päästetään läpi. Aallonpituuksien sallittu kulku tunnetaan nimellä “moodit”, kun taas kielletyt aallonpituudet ovat fotonisia kaista -aukkoja. Opali ei ole todellinen fotoninen kide, koska siitä puuttuu täydellinen kaista -aukko, mutta se lähentää sitä riittävän tarkasti tämän artikkelin tarkoituksiin.
Toinen luonnossa esiintyvä materiaali, joka sisältää fotonisen kiteen, on joidenkin perhosten, kuten Morpho -suvun, siivet. Näistä syntyy kauniita sinisiä värikkäitä siipiä.
Kuuluisa brittiläinen tiedemies Lord Raleigh tutki ensimmäisen kerran fotonisia kiteitä vuonna 1887. Hänen tutkimuksissaan käytettiin synteettistä yksiulotteista fotonikristallia, nimeltään Braggin peili. Vaikka Braggin peili itsessään on kaksiulotteinen pinta, se tuottaa kaistarakoefektin vain yhdessä ulottuvuudessa. Niitä on käytetty heijastavien pinnoitteiden valmistamiseen, joissa heijastuskaista vastaa fotonista kaistarakoa.
Sata vuotta myöhemmin, vuonna 1987, Eli Yablonovitch ja Sajeev John ehdottivat mahdollisuutta saada kaksi- tai kolmiulotteisia fotonisia kiteitä, jotka tuottavat kaista-aukkoja useisiin eri suuntiin kerralla. Nopeasti huomattiin, että tällaisilla materiaaleilla olisi lukuisia sovelluksia optiikassa ja elektroniikassa, kuten LED -valot, valokuitu, nanoskooppiset laserit, erittäin valkoinen pigmentti, radioantennit ja heijastimet ja jopa optiset tietokoneet. Fotonisten kiteiden tutkimus on käynnissä.
Yksi suurimmista haasteista fotonikristallitutkimuksessa on pieni koko ja tarkkuus, joita tarvitaan kaistarakoefektin tuottamiseen. Kiteiden syntetisointi kauden nanorakenteilla on melko vaikeaa nykypäivän valmistustekniikoilla, kuten fotolitografialla. Kolmiulotteisia fotonisia kiteitä on suunniteltu, mutta ne on valmistettu vain erittäin rajoitetussa mittakaavassa. Ehkä alhaalta ylöspäin valmistamisen tai molekyylinanoteknologian myötä näiden kiteiden massatuotanto tulee mahdolliseksi.