Физики впервые создали фотонный кристалл времени для сверхбыстрого управления светом
Международная группа учёных впервые экспериментально реализовала полностью оптический фотонный кристалл времени — материал, оптические свойства которого можно быстро и периодически изменять во времени. По мнению исследователей, разработка открывает путь к сверхбыстрым оптическим вычислениям, новым системам связи и терагерцовым лазерам следующего поколения.
Работу выполнили специалисты Политехнической школы Франции (École Polytechnique), Коллеж де Франс и Центра имени Гельмгольца в Дрездене-Россендорфе (HZDR). Для эксперимента они использовали источник мощных терагерцовых импульсов TELBE, позволивший перевести систему в новый режим взаимодействия света и вещества.
Фотонные кристаллы представляют собой наноструктурированные материалы, способные управлять распространением света. Если раньше исследователи могли изменять их свойства лишь относительно медленно, например с помощью температуры или магнитных полей, то теперь им удалось создать структуру, в которой коэффициент отражения и другие оптические характеристики изменяются за считанные пикосекунды — триллионные доли секунды.
Для этого учёные разработали специальный плазмонный метаматериал, состоящий из микроструктурированного слоя золота, изолятора и полупроводника на основе индия и сурьмы. Под воздействием терагерцовых лазерных импульсов материал начинал быстро изменять свои оптические свойства, образуя так называемый фотонный кристалл времени.
Эксперимент подтвердили теоретические расчёты, которые также показали, что временная модуляция примерно вдвое уменьшает потери фотонов внутри материала. Это позволяет эффективнее удерживать свет и создаёт основу для разработки новых фотонных устройств.
Следующим этапом станет дальнейшее усиление удержания света внутри структуры. Если исследователям удастся значительно увеличить число захваченных фотонов, технология может лечь в основу нового поколения сверхбыстрых лазеров, перспективных систем связи и устройств для оптических вычислений.
Исследование в журнале Nature.