Açıklanabileceğinden daha hızlı: Optik zaman kristalleri optikte devrim yaratabilir

Yakın zamanda yapılan bir çalışma, kırılma indisindeki salınımların mevcut teorilerle açıklanabilecekten daha hızlı olduğunu ortaya çıkardı.

Yakın zamanda dergide yayınlanan bir çalışma Nanofotonik Kırılma indeksini (bir ortamdaki elektromanyetik radyasyonun hızının vakumdaki hızına oranı) hızlı bir şekilde ayarlayarak spektrumun yakın görünür kısmında fotonik zaman kristalleri (PTC’ler) üretmenin mümkün olduğunu ortaya koyuyor. .

Çalışma yazarları, PTC’leri optik alanda koruma yeteneğinin, fotonik açısından derin etkileri olabileceğini ve gelecekte gerçekten yıkıcı uygulamalara olanak sağlayabileceğini öne sürüyor.

Kırılma indisi zaman içinde hızla yükselen ve düşen malzemeler olan PTC’ler, kırılma indisi uzayda periyodik olarak salınan, örneğin değerli metallerin ve böcek kanatlarının yanardönerliğine neden olan fotonik kristallerin zaman eşdeğeridir.

Tek çevrimli bir sistemde refraktometri için deney düzeneği. Kredi: İran Lustig ve ark.

Bir PTC yalnızca kırılma indisinin söz konusu frekanstaki tek bir elektromanyetik dalga döngüsüyle aynı hizada yükselip alçalabilmesi durumunda stabildir; bu nedenle, şaşırtıcı olmayan bir şekilde, PTC’ler şimdiye kadar elektromanyetik spektrumun daha düşük frekans ucunda gözlemlenmiştir. : radyo dalgalarıyla.

Bu yeni çalışmada, Hayfa, İsrail’deki Technion-İsrail Teknoloji Enstitüsü’nden baş yazar Mordechai Segev, Indiana, ABD’deki Purdue Üniversitesi’nden işbirlikçileri Vladimir Shalev ve Alexandra Poltaseva ve ekipleriyle birlikte son derece kısa (5-6 femtosaniye) gönderiler gönderdiler. ) 800 nm dalga boyuna sahip ışık darbeleri, şeffaf iletken oksit malzemelerden geçer.

Bu, biraz daha uzun dalga boyuna (yakın kızılötesi) sahip bir prob lazer ışını kullanılarak keşfedilen kırılma indisinde hızlı bir değişime neden oldu. Malzemenin kırılma indisi normal değerine düştükçe prob ışını hızla kırmızıya (dalga boyunu artırarak) ve ardından maviye (dalga boyunu azaltarak) kaydırıldı.

Farklı zaman genişliklerindeki darbeleri modüle etmek için ITO numunesinden geçirilen 44 fs prob darbesinin iletim spektrogramları. Kredi: İran Lustig ve ark.

Kırılma indeksindeki bu değişikliklerin her biri için geçen süre küçüktü (10 femtosaniyeden az) ve dolayısıyla stabil bir PTC oluşturmak için gereken tek döngü içindeydi.

Segev, “Kristallerdeki yüksek enerjili uyarılmış elektronların temel durumlarına geri dönmek için genellikle on kat daha uzun bir süreye ihtiyacı var ve birçok araştırmacı, burada gözlemlediğimiz ultra hızlı gevşemenin imkansız olacağına inanıyor” dedi. “Bunun nasıl olduğunu tam olarak anlamıyoruz.”

Ortak yazar Shalev ayrıca burada gösterildiği gibi PTC’leri optik alanda koruma yeteneğinin “fotonik biliminde yeni bir sayfa açacağını ve gerçekten yıkıcı uygulamaları mümkün kılacağını” öne sürüyor. Ancak 1960’lardaki fizikçilerin lazerlerin potansiyel uygulamaları hakkında bilgi sahibi olması nedeniyle bunun nasıl olabileceği hakkında çok az şey biliyoruz.

Referans: Eran Lustig, Ohad Segal, Soham Saha, Eliyahu Bordo, Sarah N. Choudary, Yonatan Sharabi, Avner Fleischer, Alexandra Boltaseva, Oren Cohen, Vladimir M. Şalev, Mordehay Segev, 31 Mayıs 2023, Nanofotonik.
DOI: 10.1515/nanov-2023-0126

Araştırma Alman Araştırma Vakfı tarafından finanse edildi.