Научниците создадоа материјал што ја менува светлината за пикосекунди

Меѓународен тим француски и германски истражувачи направи голем чекор во контролата на светлината. Научниците првпат експериментално реализирале целосно оптички фотонски временски кристал, познат како PTC.

Овој материјал може силно и периодично да ги менува своите оптички својства во исклучително кратки временски интервали. Откритието би можело да отвори пат кон ултрабрзи компјутери, напредни телекомуникациски системи и нова генерација терахерцни ласери.

Што претставува фотонски временски кристал?

Класичните фотонски кристали се наноструктурирани материјали со периодичен распоред што го контролира движењето на фотоните. Со внимателно приспособување на индексот на прекршување, тие можат да блокираат, насочуваат или засилуваат одредени бранови должини.

Нивната улога е слична на онаа што ја имаат полупроводниците при контролирањето на електроните. Разликата е во тоа што фотонските кристали управуваат со светлината.

Досега нивните својства најчесто се менувале статично, преку температура или магнетни полиња. Новиот фотонски временски кристал овозможува тие својства динамично да се менуваат во текот на времето.

Светлината се менува за билионити делови од секундата

Истражувачите успеале да ја менуваат рефлективноста и резонантната фреквенција на материјалот во размери од пикосекунди. Една пикосекунда претставува билионити дел од секундата.

Брзината на промената е споредлива со осцилацискиот циклус на самата светлина. Тоа им овозможува на научниците да ја контролираат светлината додека таа активно комуницира со материјалот.

„Со проширувањето на фотонските кристали од просторот во времето отвораме нова димензија за контрола на светлината и нов пат кон засилување и ласерско зрачење“, објаснуваат истражувачите.

Создале сложен плазмонски метаматеријал

За експериментот, научниците изработиле посебен фотонски кристал наречен плазмонски метаматеријал.

Уредот содржи микрометарски златни структури во форма на запци, изолациски слој и полупроводнички материјал составен од индиум и антимон. Златните структури создаваат вдлабнатини во кои се заробуваат фотоните.

Со активирање на површината на полупроводникот се создаваат површински плазмони. Во тој процес електроните се однесуваат како колективен бран што може да ја зароби светлината и да ги одржува нејзините осцилации.

Терахерцни импулси ги смениле својствата на материјалот

Истражувачите испратиле терахерцни ласерски импулси кон уредот и забележале исклучително силна и брза промена на неговата способност да ја рефлектира светлината.

Истовременото постигнување силна и ултрабрза модулација досега било исклучително тешко. Ефектот може да се спореди со моментално принудување на објект да емитува сосема поинаква боја.

Теоретски модел ги потврдил резултатите и го објаснил однесувањето на фотоните во уредот. Анализата покажала и дека временската модулација ја намалила дисипацијата на фотоните во метаматеријалот за половина.

Чекор кон нови ласери и ултрабрзи комуникации

Терахерцниот опсег се наоѓа меѓу електронските и фотонските технологии. Иако нуди големи можности, тој сè уште е значително помалку развиен од класичната електроника и оптика.

Следната цел на научниците е дополнително да го спречат губењето на фотоните и да го зголемат нивниот број во кристалот. При доволно силно засилување, уредот би можел да стане основа за нов тип ласер со исклучително приспособливи својства.

Технологијата во иднина би можела да се користи за медицинско снимање, брзи комуникациски системи и оптички компјутери. Таа може да овозможи речиси моментално менување на „бојата“, интензитетот и другите својства на светлината според потребите на уредот.