Fizikantët krijojnë kristal të kohës fotonik që amplifikon dritën

Një ekip studiuesish projektuan një kristal kohorë fotonik dydimensional që ata thonë se mund të ketë aplikime në teknologji si transmetuesit dhe lazerët.

Pavarësisht nga emri i tyre, kristalet e kohës fotonike kanë pak të përbashkëta me kristalet e kohës, një fazë e materies së parë e propozuar në vitin 2012 dhe e vëzhguar disa vite më vonë. E përbashkëta themelore është se të dy kristalet kanë modele strukturore me kalimin e kohës, por kristalet e kohës janë materiale kuantike – atomet janë pezull në gjendje kuantike – ndërsa kristalet e kohës fotonike janë materiale artificiale që nuk gjenden në natyrë dhe ato nuk janë domosdoshmërisht të pezulluara në gjendje kuantike.

Studiuesit kanë pasur vështirësi në ndërtimin dhe manipulimin e kristaleve të kohës fotonike 3D, kështu që ekipi i kohëve të fundit provoi diçka të ndryshme: dobësimin e materialit në një trashësi prej vetëm 0.08 inç (2 milimetra). Kristali i tyre përforcon dritën në frekuencat e mikrovalës. Rezultatet e eksperimentit janë publikuar sot në Science Advances.

“Duke modifikuar ose ndryshuar vetinë elektromagnetike të metasipërfaqes me kalimin e kohës, ne ishim në gjendje të krijonim një kristal 2D fotonik të kohës,” tha Xuchen Wang, një fizikant në Institutin e Teknologjisë në Karlsruhe dhe autori kryesor i studimit, në një email për Shkence.info. “Reduktimi i kristaleve të kohës fotonike nga 3D në 2D mund t’i bëjë ato më të hollë, më të lehtë dhe më të lehtë për t’u prodhuar, ashtu si u përmirësuan metasipërfaqet në metamaterialet.”

Kristalet fotonike janë struktura optike, aftësia e të cilave për të thyer dritën ndryshon periodikisht (domethënë me kalimin e kohës). Në mjediset laboratorike, vetitë elektromagnetike të metamaterialeve mund të rregullohen mirë për të krijuar kristale fotonike që janë jashtëzakonisht të mira në përforcimin e valëve të dritës.

Fotonet në kristale të tilla kanë një model të përsëritur që i bën ato koherente, të ngjashme me mënyrën se si modelet e lazerit të pulsuar në bit kuantike ndihmojnë në mbajtjen e tyre koherente, duke zgjatur gjendjet kuantike.

“Në [kristalet e kohës fotonike], energjia nuk ruhet; prandaj shtetet që qëndrojnë në hendekun e momentit mund të kenë amplituda në rritje eksponenciale, “tha Mordechai Segev, një fizikant në Institutin e Teknologjisë Technion Israel i cili nuk është i lidhur me punimin e ri, në një intervistë në shkurt me Nature Photonics. “Kjo ka një ndikim të madh në fizikën e përfshirë.”

Zbatimet në botën reale të zbulimit përfshijnë shumicën e pajisjeve që mbështeten në fotonik. Për shembull, sinjalet me valë mund të përmirësohen duke veshur pajisjet në kristale kohore fotonike 2D, duke e bërë fuqinë e sinjalit më të fortë.

Megjithëse kristali i krijuar nga ekipi amplifikon vetëm frekuencat e mikrovalëve, Wang i tha Shkence.info se një ndryshim i lehtë në dizajn mund të lejojë që kristali të funksionojë në frekuenca të valëve milimetra, si ato të përdorura në komunikimet 5G.