Создан новый вид кристалла времени, который делает интересные вещи для освещения

Ученые все еще пытаются разобраться во всех тонкостях странных материалов, известных как кристаллы времени. структуры, которые гудят от движения вечно. Теперь новое разнообразие может помочь углубить наше понимание загадочного состояния материи.

Подобно тому, как обычные кристаллы — это атомы и молекулы, повторяющиеся в пространстве, кристаллы времени — это наборы частиц, которые тикают в закономерности в течение определенного периода времени способами, которые поначалу кажутся не поддающимися науке.

Теоретизированные в 2012 году, а всего четыре года спустя впервые обнаруженные в лаборатории, исследователи были заняты тем, что возились со структурами для исследования более глубокие основы физики элементарных частиц и раскрытие потенциальных приложений.

В этом последнем исследовании был создан новый тип «фотонного» кристалла времени. Работая на микроволновых частотах, он способен очищать и усиливать электромагнитные волны, обещая будущие применения в системах беспроводной связи, разработке лазеров и электронных схемах.

«В фотонном кристалле времени фотоны расположены в паттерн, который повторяется с течением времени», — говорит ведущий автор Сючен Ван, инженер-нанотехнолог из Технологического института Карлсруэ в Германии.

«Это означает, что фотоны в кристалле синхронизированы и когерентны, что может привести к конструктивное вмешательство и усиление света».

Кроме того, исследовательская группа обнаружила, что электромагнитные волны, распространяющиеся вдоль поверхностей, могут усиливаться, как и волны из окружающей среды.

В центре исследования представляет собой 2D-подход, основанный на ультратонких листах искусственных материалов, известных как метаповерхности. Ранее исследования фотонных кристаллов времени проводились с использованием объемных трехмерных материалов: создание и изучение этих материалов чрезвычайно сложно для ученых, но переход на двумерное означает более быстрый и легкий путь к экспериментам — и к выяснению того, как эти кристаллы могут быть применены в настройки реального мира.

Хотя они проще, чем полноценные трехмерные структуры, они имеют некоторые важные характеристики с фотонными кристаллами времени и могут имитировать их поведение, в том числе то, как они взаимодействуют со светом. Впервые было показано, что фотонные кристаллы времени усиливают свет именно таким образом и в такой значительной степени.

«Мы обнаружили, что уменьшение размерности трехмерной структуры до двумерной значительно упростило реализацию, что позволили воплотить фотонные кристаллы времени в реальность», — говорит Ван.

Хотя до реальных приложений еще далеко, подход с использованием 2D-метаповерхностей как способа создания и исследования фотонных кристаллов времени развивается. чтобы сделать такого рода исследования намного более простыми в будущем.

Открытие усиления электромагнитных волн вдоль поверхностей, например, может в конечном итоге помочь улучшить интегральные схемы, которые можно найти повсюду, от телефонов до автомобилей: связь внутри этих каналы потенциально будут быстрее и эффективнее.

Кроме того, есть беспроводная связь, которая может страдать от затухания сигнала на расстоянии (именно поэтому вы не сможете подключиться к Wi-Fi на верхнем этаже вашего дома). ). Покрытие поверхностей двумерными фотонными кристаллами времени обещает исправить эту ситуацию.

«При распространении поверхностной волны возникают материальные потери, а мощность сигнала снижается», — говорит физик Виктор Асадчий из Университета Аалто в Финляндии. .

«Благодаря интегрированным в систему двумерным фотонным кристаллам времени можно усилить поверхностную волну и повысить эффективность связи».

Исследование опубликовано в журнале Science Advances.

р>