Vědci se stále potýkají s výhodami exotických materiálů známých jako časové krystaly. Stavby, které jsou věčně rušné. Nyní může nová rozmanitost pomoci prohloubit naše chápání záhadného stavu hmoty.
Stejně jako obyčejné krystaly jsou atomy a molekuly, které se opakují v oblasti prostoru, časové krystaly jsou sbírkou částic, které se po určitou dobu proplétají ve vzorcích způsobem, který se na první pohled zdá odporovat vědě.
Teoretizován v roce 2012, než byl poprvé pozorován v laboratoři jen o čtyři roky později, výzkumníci byli zaneprázdněni opravou struktur, aby prozkoumali hlubší základy částicové fyziky a odhalili potenciální aplikace.
V této nejnovější studii byl vytvořen nový typ „fotonického“ časového krystalu. Pracuje na mikrovlnných frekvencích a je schopen modulovat a zesilovat elektromagnetické vlny, což slibuje budoucí aplikace v bezdrátových komunikačních systémech, vývoji laserů a elektronických obvodů.
Ve fotonickém časovém krystalu jsou fotony uspořádány do vzoru, který se v čase opakuje. On říká Vedoucí autor Xuchen Wang, nanoinženýr z Karlsruhe Institute of Technology v Německu.
„To znamená, že fotony v krystalu jsou simultánní a koherentní, což může vést ke konstruktivní interferenci a zesílení světla.“
Kromě toho výzkumný tým zjistil, že elektromagnetické vlny pohybující se po površích mohou být zesíleny stejně jako vlny z okolního prostředí.
V centru výzkumu je dvourozměrný přístup založený na ultratenkých plátech syntetického materiálu známého jako povrchy. Dříve se výzkum fotonických časových krystalů prováděl s masivními 3D materiály: výroba a studium těchto materiálů je pro vědce velmi obtížné, ale přechod na 2D znamená rychlejší a snazší způsob provádění experimentů – a objevování toho, jak lze tyto krystaly aplikovat ve skutečnosti. – nastavení světa.
Přestože jsou jednodušší než úplné 3D struktury, sdílejí některé důležité vlastnosti s fotonickými časovými krystaly a mohou simulovat jejich chování – včetně způsobu, jakým interagují se světlem. Je to poprvé, kdy bylo prokázáno, že fotonové krystaly zesilují světlo tímto konkrétním způsobem a v tak velkém rozsahu.
„Zjistili jsme, že zmenšení rozměrů z 3D na 2D strukturu výrazně usnadnilo implementaci a umožnilo v praxi dosáhnout fotonických časových krystalů,“ řekl. On říká Wang.
Zatímco aplikace v reálném světě jsou stále ještě daleko, přístup využívající 2D metapovrchy jako metodu pro výrobu a zkoumání krystalů fotonového času učiní tento typ výzkumu v budoucnu mnohem smysluplnějším.
Například objev zesílení elektromagnetických vln podél povrchů by mohl nakonec pomoci zlepšit integrované obvody, které se nacházejí všude od telefonů po automobily: komunikace v rámci takových obvodů bude pravděpodobně rychlejší a plynulejší.
Pak jsou tu bezdrátová připojení, která mohou trpět úbytkem signálu na vzdálenost (proto možná nebudete moci získat Wi-Fi v horní části vašeho domu). Potažení povrchů 2D fotonickými časovými krystaly slibuje zlepšení této situace.
„Když se povrchová vlna šíří, utrpí fyzické ztráty a síla signálu klesá,“ On říká Fyzik Viktor Asdashi z Aalto University ve Finsku.
„S integrací dvourozměrných optických časových krystalů do systému lze povrchovou vlnu zesílit a zlepšit efektivitu komunikace.“
Výzkum publikovaný v Věda postupuje.
„Hudební učenec. Spisovatel. Zlý slanina evangelista. Hrdý twitter narkoman. Myslitel. Milovník internetu. Jemně okouzlující hráč.“
