Створено перший у світі фотонний часовий кристал для керування світлом

Науковці вперше створили повністю оптичний фотонний часовий кристал — матеріал, властивості якого змінюються не у просторі, як у звичайних кристалах, а в часі, до того ж надзвичайно швидко. Пристрій здатний перебудовувати поведінку терагерцового світла за трильйонні частки секунди, відкриваючи новий підхід до керування електромагнітними хвилями.

У класичному кристалі атоми впорядковані у просторі, що визначає рух світла крізь нього. У часовому кристалі періодично й дуже стрімко змінюється сама оптична характеристика середовища — його показник заломлення. Коли ця зміна відбувається швидше, ніж коливається світлова хвиля, виникають незвичні ефекти: світло може підсилюватися, а не просто розсіюватися чи згасати.

Реалізувати таке в оптичному діапазоні досі не вдавалося, бо потрібні надшвидкі й достатньо сильні зміни властивостей матеріалу. Дослідники застосували метаматеріал на основі золота — штучну структуру з наношаблоном, що дала змогу керовано модулювати проходження терагерцового випромінювання. За повідомленнями, підхід приблизно вдвічі зменшує втрати світла в цьому діапазоні, що є однією з головних перешкод для терагерцових технологій.

Терагерцовий діапазон лежить між мікрохвилями та інфрачервоним світлом і вважається перспективним для надшвидкого зв’язку, візуалізації та сенсорики, проте важким для практичного використання. Створення фотонного часового кристала показує, що світлом можна керувати в новому — часовому — вимірі, а не лише геометрією матеріалу. Це може стати основою для нових типів лазерів, підсилювачів сигналу й елементів надшвидких оптичних обчислень, хоча до практичних пристроїв ще далеко: поки що йдеться про фундаментальну демонстрацію принципу, який десятиліттями існував переважно в теорії.