Oamenii de știință au creat un nou tip de cristal „fotonic” al timpului

Oamenii de știință continue să descopere detalii interesante despre unele materiale ciudate cunoscute sub numele de cristale de timp.

Acum, o nouă varietate ar putea contribui la aprofundarea înțelegerii noastre despre această stare deconcertantă a materiei. La fel cum cristalele obișnuite sunt atomi și molecule care se repetă pe un volum de spațiu, cristalele de timp sunt colecții de particule care „ticăie” în tipare pe o durată de timp în moduri care, inițial, par să sfideze știința.

Teoretizate în 2012, înainte de a fi observate în laborator pentru prima dată doar patru ani mai târziu, cercetătorii s-au ocupat de manipularea structurilor pentru a cerceta fundamentele mai profunde ale fizicii particulelor și pentru a descoperi potențiale aplicații. În acest ultim studiu, a fost creat un nou tip de cristal „fotonic” al timpului.

Funcționând la frecvențe de microunde, acesta este capabil să ordoneze și să amplifice undele electromagnetice, promițând aplicații viitoare în sistemele de comunicații fără fir, în dezvoltarea laserilor și în circuitele electronice.

Indicii despre această stare a materiei

„Într-un cristal de timp fotonic, fotonii sunt aranjați într-un model care se repetă în timp”, spune autorul principal Xuchen Wang, un nanoinginer de la Institutul de Tehnologie Karlsruhe din Germania. „Acest lucru înseamnă că fotonii din cristal sunt sincronizați și coerenți, ceea ce poate duce la interferențe constructive și la amplificarea luminii”.

În plus, echipa de cercetători a constatat că undele electromagnetice care călătoresc de-a lungul suprafețelor pot fi amplificate la fel ca și undele din mediul înconjurător.

În centrul studiului, publicat în Science Advances, se află o abordare 2D bazată pe foi ultra-subțiri de materiale artificiale cunoscute sub numele de metasuprafețe. Anterior, cercetările privind cristalele fotonice de timp au fost efectuate prin intermediul materialelor 3D în vrac: fabricarea și studierea acestor materiale este extrem de dificilă pentru oamenii de știință, dar trecerea la 2D înseamnă o cale mai rapidă și mai ușoară de a experimenta – și de a afla cum ar putea fi aplicate aceste cristale în lumea reală.

Ce sunt cristalele de timp?

Deși sunt mai simple decât structurile 3D complete, acestea împărtășesc unele caracteristici importante cu cristalele fotonice de timp și pot imita comportamentul acestora – inclusiv modul în care interacționează cu lumina.

Este pentru prima dată când s-a demonstrat că aceste cristale de timp fotonice amplifică lumina în acest mod special și într-o măsură atât de semnificativă.

„Am constatat că reducerea dimensiunii de la o structură 3D la una 2D a facilitat semnificativ implementarea, ceea ce a făcut posibilă realizarea în realitate a cristalelor fotonice de timp”, spune Wang.

Deși aplicațiile din lumea reală sunt încă departe, abordarea utilizării metasuprafețelor 2D ca modalitate de a produce și examina cristalele fotonice de timp va face ca acest tip de cercetare să fie mult mai simplu în viitor, scrie ScienceAlert.

Vă recomandăm să mai citiți și:

Universul este mai cald decât ar trebui. Să fie de vină fotonii întunecați?

Noi indicii despre materia întunecată. Ar putea fi formată din fotoni întunecați?

Un experiment eşuat deschide calea către identificarea fotonilor întunecaţi

Fizicienii de la MIT au realizat o formă bizară de lumină ”moleculară” cu trei fotoni