A megmagyarázhatónál gyorsabban: Az optikai időkristályok forradalmasíthatják az optikát

Egy közelmúltban végzett tanulmány a törésmutatóban a jelenlegi elméletekkel magyarázhatónál gyorsabb oszcillációkat mutatott ki.

A folyóiratban nemrég megjelent tanulmány Nanofotonika Felfedi, hogy a törésmutató – a közegben az elektromágneses sugárzás sebességének a vákuumban való sebességéhez viszonyított aránya – gyors beállításával fotonikus időkristályok (PTC) képződhetnek a spektrum közel látható részén. .

A tanulmány szerzői azt sugallják, hogy a PTC-k optikai térben való megőrzésének képessége mélyreható következményekkel járhat a fotonikában, ami valóban bomlasztó alkalmazásokat tesz lehetővé a jövőben.

A PTC-k, olyan anyagok, amelyek törésmutatója gyorsan emelkedik és csökken az idő múlásával, a fotonikus kristályok időbeli egyenértékei, amelyek törésmutatója periodikusan oszcillál a térben, ami például a nemesfémek és a rovarszárnyak irizálódását okozza.

Kísérleti beállítás refraktometriához egyciklusos rendszerben. Köszönetnyilvánítás: Irán Lustig et al.

A PTC csak akkor stabil, ha a törésmutatót a kérdéses frekvencián egyetlen elektromágneses hullámciklusnak megfelelően meg lehet emelni és csökkenteni, így nem meglepő módon eddig az elektromágneses spektrum alsó frekvenciáján figyeltek meg PTC-ket. : rádióhullámokkal.

Ebben az új tanulmányban a vezető szerző, Mordechai Segev, a Technion-Israel Institute of Technology, Haifa, Israel, valamint munkatársai, Vladimir Shalev és Alexandra Poltaseva, az Indiana állambeli Purdue Egyetem munkatársai, valamint csapatai rendkívül rövid (5-6 femtoszekundum) üzenetet küldtek. ) fényimpulzusok 800 nm hullámhosszú lézer átlátszó vezető oxid anyagokon keresztül.

Ez gyors eltolódást okozott a törésmutatóban, amelyet valamivel hosszabb hullámhosszú (közeli infravörös) szonda lézersugárral vizsgáltak. A szonda nyalábja gyorsan vörösre (hullámhosszának növelése), majd kékre (hullámhosszának csökkentésével) tolódott el, ahogy az anyag törésmutatója a normál értékére esett.

Az ITO mintán áthaladó 44 fs szondaimpulzusok átviteli spektrogramja különböző időszélességű impulzusok modulálásához. Köszönetnyilvánítás: Irán Lustig et al.

A törésmutató minden egyes változásához kevés idő kellett – kevesebb, mint 10 femtoszekundum –, és így a stabil PTC kialakításához szükséges egyetlen cikluson belül.

„A kristályokban lévő nagy energiájú gerjesztett elektronoknak általában több mint tízszer hosszabb időre van szükségük ahhoz, hogy visszatérjenek alapállapotukba, és sok kutató úgy véli, hogy az itt megfigyelt ultragyors relaxáció lehetetlen lenne” – mondta Segev. – Nem értjük pontosan, hogyan történik ez.

Shalev társszerző azt is javasolja, hogy a PTC-k megőrzésének képessége az optikai tartományban, amint az itt látható, „új fejezetet nyit a fotonikatudományban, és valóban bomlasztó alkalmazásokat tesz lehetővé”. Arról azonban keveset tudunk, hogy ez milyen lehet, mivel a fizikusok az 1960-as években tudtak a lézerek lehetséges alkalmazási lehetőségeiről.

Hivatkozás: „Időtörő optika egyciklusú modulációval”, Eran Lustig, Ohad Segal, Soham Saha, Eliyahu Bordo, Sarah N. Choudary, Yonatan Sharabi, Avner Fleischer, Alexandra Boltaseva, Oren Cohen, Vladimir M. Shalev, Mordechai Segev, 2023. május 31. Nanofotonika.
DOI: 10.1515/nanov-2023-0126

A kutatást a Német Kutatási Alapítvány finanszírozta.