Ein Forscherteam entwarf einen zweidimensionalen photonischen Zeitkristall, von dem sie sagen, dass er Anwendungen in Technologien wie Sendern und Lasern haben könnte.
Trotz ihres Namens haben photonische Zeitkristalle wenig mit Zeitkristallen zu tun, einer Phase der Materie, die erstmals 2012 vorgeschlagen wurde und einige Jahre später beobachtet. Die grundlegende Gemeinsamkeit besteht darin, dass beide Kristalle im Laufe der Zeit strukturelle Muster aufweisen, aber Zeitkristalle sind Quantenmaterialien – die Atome befinden sich in Quantenzuständen – während photonische Zeitkristalle künstliche Materialien sind, die nicht in der Natur vorkommene und sie sind nicht notwendigerweise in Quantenzuständen suspendiert.
Forscher hatten Schwierigkeiten, photonische 3D-Zeitkristalle zu bauen und zu manipulieren, also versuchte das jüngste Team etwas anderes: das Material auf nur 0,08 Zoll (2 m) zu verkleinernMillimeter) dick. Ihre Kristall verstärkt Licht bei Mikrowellenfrequenzen. ThDas Experiment Ergebnisse sind veröffentlicht heute in Science Advances.
„Indem wir die elektromagnetischen Eigenschaften der Metaoberfläche im Laufe der Zeit modulierten oder veränderten, konnten wir einen 2D-photonischen Zeitkristall herstellen“, sagte Xuchen Wang, Physiker am Karlsruher Institut für Technologie und Hauptautor der Studie, in einer E-Mail an Gizmodo. „Die Reduzierung photonischer Zeitkristalle von 3D auf 2D kann sie dünner, leichter und einfacher herzustellen machen, genau wie Metaoberflächen Metamaterialien verbessert haben.“
Photonische Kristalle sind optische Strukturen, deren Lichtbrechungsvermögen sich periodisch (also zeitlich) ändert. In Laborumgebungen die elektromagnetischen Eigenschaften von Metamaterialienkann fein abgestimmt werden, um photonische Kristalle zu erzeugen, die Lichtwellen unnatürlich gut verstärken können.
Photonen in solchen Kristallen haben ein sich wiederholendes Muster, das sie kohärent macht, ähnlich wie An Quantenbits gepulste Lasermuster helfen halte sie kohärentVerlängerung von Quantenzuständen.
“In [photonic time crystals], Energie wird nicht erhalten; Daher können die Staaten, die sich in der Impulslücke befinden, exponentiell ansteigende Amplituden haben“, sagte Mordechai Segev, ein Physiker am Technion Israel Institute of Technology, der nicht mit der neuen Studie verbunden ist, im Februar Interview mit Nature Photonics. „Das hat enorme Auswirkungen auf die beteiligte Physik.“
Reale Anwendungen der Entdeckung umfassen die meisten Geräte, die darauf angewiesen sind Photonik. Beispielsweise könnten drahtlose Signale verbessert werden, indem Geräte mit photonischen 2D-Zeitkristallen beschichtet werden, wodurch die Signalstärke robuster wird.
Obwohl der Kristall vom Tee hergestellt wirdM verstärkt nur MikrofonRowave-Frequenzen sagte Wang zu Gizmodo, dass eine leichte Änderung des Designs es dem Kristall ermöglichen könnte, in Millimeterwellenfrequenzen zu arbeiten, wie sie in der 5G-Kommunikation verwendet werden.
Die Zeit wird zeigen, wie skalierbar die Technologie ist und wie gut sie außerhalb eines Labors funktioniert.
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