Фотонные кристаллы времени, генерируемые быстрыми сдвигами в лазерном свете

Ученые, экспериментирующие с одними из самых фундаментальных законов физики, обнаружили дополнительные доказательства того, что они называют фотонными кристаллами времени (ФТК): материалы, в которых скорость, с которой движется свет (показатель преломления), очень быстро колеблется.

Мы уже знаем гораздо больше о фотонных кристаллах, где повторяющийся узор в материале создает сдвиг показателя преломления в определенной области пространства; вы можете увидеть это в мерцании крыльев насекомых или драгоценных минералов. В PTC также вводится элемент изменения с течением времени.

Здесь исследователи натренировали лазеры на двух материалах, известных как прозрачные проводящие оксиды, которые пропускают свет, а также проводят электричество. Они использовали лазеры для быстрого изменения показателя преломления за период менее 10 фемтосекунд (это 10 квадриллионных долей секунды).

Исследователи наблюдали значительные сдвиги в частоте света и во времени релаксации света (время, необходимое для возвращения показателя преломления к норме) в зависимости от зависит от толщины материала и скорости изменения показателя преломления.

«Электронам, возбужденным до высоких энергий в кристаллах, обычно требуется в десять раз больше времени, чтобы релаксировать обратно в основное состояние, и многие исследователи думали, что сверхбыстрая релаксация, которую мы здесь наблюдаем, невозможна, — говорит физик Мордехай Сегев из Техниона — Израильского технологического института.

— Мы пока точно не понимаем, как это происходит».

Если у вас еще не болит голова от этой физики высокого уровня, существует более одного типа фотонных кристаллов времени. Здесь проводятся исследования отдельно от фотонных кристаллов времени, которые могут манипулировать светом для различных продвинутых целей.

До сих пор эти типы PTC наблюдались только с использованием радиоволн, которые имеют гораздо более низкие частоты, чем световые волны. чем быстрее проходят волны, тем выше частота. Сохранение стабильности PTC зависит от роста и падения показателя преломления в пространстве одного цикла электромагнитной волны.

Это гораздо сложнее в сверхскоростном царстве световых волн, что является частью того, что делает эти эксперименты так интересно. Исследователям не удалось наблюдать ПТК в видимом спектре света, но они приблизились к этому.

Как говорит Сегев, не совсем ясно, почему это происходит или как это может в конечном итоге использоваться, но мы мы говорим о прорыве в физике — «новой главе в науке о свете», по словам Владимира Шалаева, инженера-электрика из Университета Пердью в США.

«Наши открытия… прокладывают путь для наблюдения фотонных кристаллов времени на оптических частотах и многих других явлений, связанных с временными границами», — пишут исследователи в своей опубликованной статье.

Исследование опубликовано в журнале Nanophotonics.