Wetenschappers worstelen nog steeds met de ins en outs van exotische materialen die bekend staan als tijdkristallen. Structuren die voor altijd bruisen. Nu kan de nieuwe diversiteit ons helpen ons begrip van de raadselachtige toestand van de materie te verdiepen.
Net zoals gewone kristallen atomen en moleculen zijn die zich over een ruimtegebied herhalen, zijn tijdkristallen verzamelingen deeltjes die gedurende een bepaalde tijd in patronen verstrengeld zijn op manieren die in eerste instantie de wetenschap lijken te tarten.
Getheoretiseerd in 2012 voordat het slechts vier jaar later voor het eerst in het laboratorium werd waargenomen, zijn onderzoekers druk bezig geweest met het repareren van de structuren om diepere fundamenten van deeltjesfysica te onderzoeken en mogelijke toepassingen te ontdekken.
In deze laatste studie is een nieuw type “fotonisch” tijdkristal gecreëerd. Het werkt op microgolffrequenties en is in staat elektromagnetische golven te moduleren en te versterken, wat veelbelovende toekomstige toepassingen in draadloze communicatiesystemen, laserontwikkeling en elektronische schakelingen belooft.
In een fotonisch tijdkristal zijn fotonen gerangschikt in een patroon dat zich in de loop van de tijd herhaalt. Hij zegt Hoofdauteur Xuchen Wang, een nano-ingenieur van het Karlsruhe Institute of Technology in Duitsland.
“Dit betekent dat de fotonen in het kristal gelijktijdig en coherent zijn, wat kan leiden tot constructieve interferentie en versterking van licht.”
Bovendien ontdekte het onderzoeksteam dat elektromagnetische golven die langs oppervlakken reizen, kunnen worden versterkt, net als golven uit de omgeving.
Centraal in het onderzoek staat een tweedimensionale benadering op basis van ultradunne vellen synthetisch materiaal, de zogenaamde oppervlakken. Voorheen werd onderzoek naar fotonische tijdkristallen gedaan met massieve 3D-materialen: het maken en bestuderen van deze materialen is erg moeilijk voor wetenschappers, maar de overstap naar 2D betekent een snellere en gemakkelijkere manier om experimenten uit te voeren – en om te ontdekken hoe deze kristallen in het echt kunnen worden toegepast. -wereld instellingen.
Hoewel ze eenvoudiger zijn dan volledige 3D-structuren, delen ze enkele belangrijke eigenschappen met fotonische tijdkristallen en kunnen ze hun gedrag simuleren, inclusief de manier waarop ze omgaan met licht. Het is de eerste keer dat is aangetoond dat foton-tijdkristallen licht op deze specifieke manier en in zo’n grote mate versterken.
“We ontdekten dat het verkleinen van de afmetingen van een 3D- naar een 2D-structuur de implementatie aanzienlijk eenvoudiger maakte, waardoor het in de praktijk mogelijk werd om fotonische tijdkristallen te bereiken”, zei hij. Hij zegt Wang.
Hoewel toepassingen in de echte wereld nog ver weg zijn, zal de benadering van het gebruik van 2D-metasurfaces als methode voor het produceren en onderzoeken van foton-tijdkristallen dit type onderzoek in de toekomst veel zinvoller maken.
De ontdekking van versterking van elektromagnetische golven langs oppervlakken zou bijvoorbeeld uiteindelijk kunnen helpen bij het verbeteren van geïntegreerde schakelingen die overal te vinden zijn, van telefoons tot auto’s: de communicatie binnen dergelijke schakelingen zal waarschijnlijk sneller en soepeler verlopen.
Dan zijn er draadloze verbindingen die last kunnen hebben van een afnemend signaal over de afstand (daarom kun je misschien geen wifi krijgen in het bovenste gedeelte van je huis). Het coaten van oppervlakken met 2D fotonische tijdkristallen belooft deze situatie te verbeteren.
“Wanneer een oppervlaktegolf zich voortplant, lijdt het fysieke verliezen en neemt de signaalsterkte af,” Hij zegt Natuurkundige Viktor Asdashi van de Aalto Universiteit in Finland.
“Met de integratie van tweedimensionale optische tijdkristallen in het systeem kan de oppervlaktegolf worden versterkt, waardoor de communicatie-efficiëntie wordt verbeterd.”
Onderzoek gepubliceerd in De wetenschap gaat vooruit.
‘Webgeek. Wannabe-denker. Lezer. Freelance reisevangelist. Liefhebber van popcultuur. Gecertificeerde muziekwetenschapper.’
