Naukowcy wciąż zmagają się z tajnikami egzotycznych materiałów znanych jako kryształy czasu. Struktury, które zawsze tętnią życiem. Teraz nowa różnorodność może pomóc pogłębić nasze zrozumienie zagadkowego stanu materii.
Podobnie jak zwykłe kryształy to atomy i cząsteczki, które powtarzają się na obszarze przestrzeni, kryształy czasu to zbiory cząstek, które splatają się we wzory na przestrzeni czasu w sposób, który na pierwszy rzut oka wydaje się sprzeczny z nauką.
Teoretyzowano w 2012 roku, zanim po raz pierwszy zaobserwowano go w laboratorium zaledwie cztery lata później, naukowcy byli zajęci naprawianiem struktur w celu zbadania głębszych podstaw fizyki cząstek elementarnych i odkrycia potencjalnych zastosowań.
W ramach ostatnich badań stworzono nowy rodzaj „fotonicznego” kryształu czasu. Działając na częstotliwościach mikrofalowych, jest w stanie modulować i wzmacniać fale elektromagnetyczne, obiecując przyszłe zastosowania w systemach komunikacji bezprzewodowej, opracowywaniu laserów i obwodach elektronicznych.
W fotonicznym krysztale czasu fotony układają się w powtarzający się w czasie wzór. On mówi Główny autor Xuchen Wang, nanoinżynier z Instytutu Technologii w Karlsruhe w Niemczech.
„Oznacza to, że fotony w krysztale są jednoczesne i spójne, co może prowadzić do konstruktywnej interferencji i wzmocnienia światła”.
Ponadto zespół badawczy odkrył, że fale elektromagnetyczne przemieszczające się wzdłuż powierzchni mogą być wzmacniane, podobnie jak fale z otaczającego środowiska.
W centrum badań znajduje się dwuwymiarowe podejście oparte na ultracienkich arkuszach materiału syntetycznego, tzw powierzchnie. Wcześniej badania fotonicznych kryształów czasu były prowadzone z masywnymi materiałami 3D: tworzenie i badanie tych materiałów jest bardzo trudne dla naukowców, ale przejście na 2D oznacza szybszy i łatwiejszy sposób przeprowadzania eksperymentów – i odkrywania, w jaki sposób te kryształy można zastosować w rzeczywistości – ustawienia świata.
Chociaż są prostsze niż pełne struktury 3D, mają pewne wspólne właściwości z fotonicznymi kryształami czasu i mogą symulować ich zachowanie – w tym sposób, w jaki wchodzą w interakcje ze światłem. Po raz pierwszy wykazano, że kryształy czasu fotonowego wzmacniają światło w tak szczególny sposób iw tak dużym stopniu.
„Odkryliśmy, że zmniejszenie wymiarów struktury 3D do 2D znacznie ułatwiło wdrożenie, umożliwiając w praktyce uzyskanie fotonicznych kryształów czasu” – powiedział. On mówi Wang.
Chociaż zastosowania w świecie rzeczywistym są jeszcze daleko, podejście polegające na wykorzystaniu metapowierzchni 2D jako metody wytwarzania i badania kryształów czasu fotonowego sprawi, że tego typu badania będą miały znacznie większe znaczenie w przyszłości.
Na przykład odkrycie wzmocnienia fal elektromagnetycznych wzdłuż powierzchni może ostatecznie pomóc w ulepszeniu układów scalonych, które można znaleźć wszędzie, od telefonów po samochody: komunikacja w takich obwodach prawdopodobnie będzie szybsza i płynniejsza.
Są też połączenia bezprzewodowe, które mogą cierpieć z powodu słabnącego sygnału z odległości (dlatego możesz nie być w stanie uzyskać Wi-Fi w górnej części domu). Powlekanie powierzchni fotonicznymi kryształami czasu 2D może poprawić tę sytuację.
„Kiedy fala powierzchniowa się rozchodzi, ponosi straty fizyczne, a siła sygnału maleje” On mówi Fizyk Viktor Asdashi z Uniwersytetu Aalto w Finlandii.
„Dzięki integracji dwuwymiarowych optycznych kryształów czasu w systemie można wzmocnić falę powierzchniową, poprawiając wydajność komunikacji”.
Badania opublikowane w Postęp nauki.
