Учёные разработали реалистичные кристаллы времени

Учёные из Университета Аалто, Университета Восточной Финляндии, Технологического института Карлсруэ и Харбинского инженерного университета совместно создали первые реалистичные фотонные кристаллы времени. Опубликованное в Nature Photonics исследование демонстрирует потенциал этих уникальных материалов для экспоненциального усиления света, открывая новые возможности в коммуникациях, визуализации и сенсорике.

Фото: PxHere is licensed under CC0

В отличие от обычных кристаллов с пространственной структурой, фотонные кристаллы времени характеризуются периодическими изменениями во времени, сохраняя пространственную однородность. Это временное изменение создаёт особые условия для распространения света, формируя импульсные запрещённые зоны, где свет задерживается и усиливается со временем.

Фотонные кристаллы времени перспективны для создания высокочувствительных нанодатчиков. Попадание вирусных частиц или биомаркеров на поверхность такого датчика приводит к улавливанию и многократному усилению испускаемого света кристаллом, что значительно увеличивает точность и чувствительность диагностики.

Долгое время создание фотонных кристаллов времени для видимого света представляло трудность из-за необходимости сверхбыстрой и высокоамплитудной модуляции свойств материалов. Предыдущие эксперименты ограничивались низкими частотами, например, микроволнами. Однако предложенный командой новый подход позволил создать настоящие оптические фотонные временные кристаллы.

Эксперимент с массивом кремниевых микросфер подтвердил возможность реализации условий для усиления света в лабораторных условиях. Это открытие является основой для разработки более компактных и мощных оптических устройств, таких как лазеры и датчики,  и обещает  принципиальные  изменения в различных научных и технологических областях.

Уточнения

Фотонный кристалл — структура с периодически изменяющейся диэлектрической проницаемостью либо неоднородностью, период которой сравним с длиной волны света.