Новоразработени „фотонни времеви кристали“, усилващи светлината могат да подобрят телекомуникациите

Изследователи публикуваха проучване, в което обясняват как са успели да създадат двуизмерен „фотонен времеви кристал“, който според тях може да има значителни предимства в технологии като трансмитери и лазери.

„Времевите кристали“ са особен вид кристали, чиито съставни атоми съществуват в квантово състояние. Това означава, че те се държат по начин, който изглежда чужд или „странен“. „Фотонните времеви кристали“, от друга страна, не се срещат в природата и може да не съществуват в квантови състояния. Вместо това те използват светлинни импулси, за да създадат повтарящ се модел на движение (за разлика от повечето материали, които имат случайно движение в различни енергийни състояния).

Тъй като конструирането и манипулирането на 3D „фотонни времеви кристали“ е предизвикателство, екипът решава да опита нещо ново, като направи материала още по-тънък с дебелина от само 2 милиметра. По този начин изследователите съобщават, че техните кристали могат да усилват светлината на микровълнови честоти.

Създаване на 2D фотонен времеви кристал

„Като модулирахме или променихме електромагнитните свойства на метаповърхността във времето, успяхме да създадем 2D фотонен времеви кристал. Намаляването на фотонните времеви кристали от 3D на 2D може да ги направи по-тънки, по-леки и по-лесни за производство, точно както метаповърхностите подобриха метаматериалите.“

казва Сюшен Уанг, физик от Технологичния институт в Карлсруе и водещ автор на изследването, в имейл до Gizmodo

„Фотонните кристали“ са уникални материали, които могат да огъват и усилват светлината по контролиран начин. Учените могат да създадат тези материали в лаборатория, като регулират електромагнитните им свойства с помощта на метаматериали. Когато светлината преминава през „фотонни времеви кристали“, фотоните се движат по повтарящ се модел, който им помага да се синхронизират и да поддържат своята кохерентност. Това е подобно на начина, по който лазерите поддържат квантовите битове в кохерентно състояние, което може да помогне за удължаване на техните квантови свойства.

„Във фотонните времеви кристали енергията не се запазва, следователно състоянията, намиращи се в разликата между импулсите могат да имат експоненциално нарастващи амплитуди. Това оказва огромно влияние върху съответната физика.“

казва Мордехай Сегев, физик от Израелския технологичен институт „Технион“, който не е свързан с новата статия, в интервю за Nature Photonics през февруари

По-голямата част от устройствата, зависещи от фотониката са включени в практическите приложения на откритието. Например покриването на оборудването с двумерни фотонни времеви кристали може да увеличи силата на безжичното предаване. Уанг заяви пред Gizmodo, че въпреки че кристалът на екипа може да усилва само микровълнови честоти, лека промяна в архитектурата може да позволи на кристала да работи на милиметрови вълни, като например тези, използвани в 5G комуникациите.

Можете да прочетете изследването в списание Science Advances.