Физики разработали реалистичные фотонные кристаллы времени

Фотонные кристаллы времени — это новый класс оптических материалов, которые отличаются от традиционных кристаллов тем, что демонстрируют периодические колебания во времени, а не пространственное повторение. Оставаясь однородными в пространстве, эти материалы создают «разрывы импульсных полос», где свет может временно приостановиться внутри кристалла, в то время как его интенсивность растет по экспоненте.

Такое поведение похоже на движение света в среде, которая быстро меняется между воздухом и водой, — явление, которое бросает вызов традиционным оптическим принципам.

Международная исследовательская группа успешно разработала реалистичные фотонные кристаллы времени, экзотические материалы, которые могут экспоненциально усиливать свет. Этот прорыв прокладывает путь для развития коммуникации, визуализации и сенсорики, предлагая потенциал для более быстрых и компактных лазеров, датчиков и других оптических устройств.

В состав группы вошли исследователи из Университета Аалто, Университета Восточной Финляндии, Технологического института Карлсруэ и Харбинского инженерного университета.

«Эта работа может привести к первой экспериментальной реализации фотонных кристаллов времени, продвигая их в практическое применение и потенциально преобразуя технологические отрасли. От высокоэффективных усилителей света и передовых датчиков до инновационных лазерных технологий, наше исследование бросает вызов границам того, как мы можем контролировать взаимодействие света и материи» — говорят ученые.

«Представьте, что мы хотим обнаружить присутствие небольшой частицы, например вируса, загрязняющего вещества или биомаркера таких заболеваний, как рак. При возбуждении частица будет испускать крошечное количество света на определенной длине волны. Фотонный кристалл времени может улавливать этот свет и автоматически усиливать его, обеспечивая более эффективное обнаружение с помощью существующего оборудования».

Создание фотонных кристаллов времени для видимого света было затруднено из-за необходимости быстрых и больших амплитудных изменений свойств материалов.

В то время как предыдущие экспериментальные работы той же исследовательской группы продемонстрировали фотонные кристаллы времени на более низких частотах, таких как микроволны, их последнее исследование предлагает практический подход для достижения «истинно оптических» фотонных кристаллов времени.

С помощью теоретических моделей и электромагнитного моделирования они предполагают, что использование массива крошечных кремниевых сфер может обеспечить необходимые условия для усиления света, что делает этот прорыв достижимым в лабораторных условиях с использованием существующих оптических методов.