Des chercheurs ont développé un moyen de créer des cristaux temporels photoniques et ont montré que ces matériaux artificiels bizarres amplifient la lumière qui les éclaire. Ces découvertes, décrites dans un article publié dans Science Advancements, pourraient conduire à des communications sans fil additionally efficaces et furthermore robustes et à des lasers considérablement améliorés.
Les cristaux temporels ont été conçus pour la première fois par le lauréat du prix Nobel Frank Wilczek en 2012. Les cristaux banals et familiers ont un motif structurel qui se répète dans l’espace, mais dans un cristal temporel, le motif se répète plutôt dans le temps. Alors que certains physiciens étaient initialement sceptiques quant à l’existence de cristaux de temps, des expériences récentes ont réussi à les créer. L’année dernière, des chercheurs du Laboratoire à basse température de l’Université Aalto ont créé des cristaux de temps appariés qui pourraient être utiles pour les dispositifs quantiques.
Maintenant, une autre équipe a créé des cristaux temporels photoniques, qui sont des versions temporelles de matériaux optiques. Les chercheurs ont créé des cristaux temporels photoniques qui fonctionnent à des fréquences micro-ondes, et ils ont montré que les cristaux peuvent amplifier les ondes électromagnétiques. Cette capacité a des purposes potentielles dans diverses systems, notamment la interaction sans fil, les circuits intégrés et les lasers.
Jusqu’à présent, la recherche sur les cristaux temporels photoniques s’est concentrée sur les matériaux massifs, c’est-à-dire les constructions tridimensionnelles. Cela s’est avéré extrêmement difficile et les expériences n’ont pas dépassé les systèmes modèles sans applications pratiques. L’équipe, qui comprenait des chercheurs de l’Université Aalto, de l’Institut de technologie de Karlsruhe (Package) et de l’Université de Stanford, a donc essayé une nouvelle approche : construire un cristal temporel photonique bidimensionnel, connu sous le nom de métasurface.
«Nous avons constaté que la réduction de la dimensionnalité d’une structure 3D à une framework 2D facilitait considérablement la mise en œuvre, ce qui permettait de réaliser des cristaux de temps photonique dans la réalité», explique Xuchen Wang, l’auteur principal de l’étude, qui était doctorant à Aalto et est actuellement à Package.
La nouvelle approche a permis à l’équipe de fabriquer un cristal temporel photonique et de vérifier expérimentalement les prédictions théoriques sur son comportement. «Nous avons démontré pour la première fois que les cristaux temporels photoniques peuvent amplifier la lumière incidente avec un attain élevé», déclare Wang.
«Dans un cristal temporel photonique, les photons sont disposés selon un motif qui se répète dans le temps. Cela signifie que les photons dans le cristal sont synchronisés et cohérents, ce qui peut entraîner des interférences constructives et une amplification de la lumière», explique Wang. L’arrangement périodique des photons signifie qu’ils peuvent également interagir de manière à augmenter l’amplification.
Les cristaux temporels photoniques bidimensionnels ont une gamme d’applications potentielles. En amplifiant les ondes électromagnétiques, ils pourraient rendre les émetteurs et récepteurs sans fil plus puissants ou furthermore efficaces. Wang souligne que le revêtement des surfaces avec des cristaux de temps photonique 2D pourrait également aider à la désintégration du sign, qui est un problème essential dans la transmission sans fil. Les cristaux temporels photoniques pourraient également simplifier les conceptions laser en supprimant le besoin de miroirs massifs qui sont généralement utilisés dans les cavités laser.
Une autre software émerge de la découverte que les cristaux temporels photoniques 2D n’amplifient pas seulement les ondes électromagnétiques qui les frappent dans l’espace libre, mais aussi les ondes se déplaçant le extended de la floor. Les ondes de area sont utilisées pour la interaction entre les composants électroniques dans les circuits intégrés. «Lorsqu’une onde de floor se propage, elle subit des pertes matérielles et la force du signal est réduite. Avec des cristaux temporels photoniques 2D intégrés au système, l’onde de surface area peut être amplifiée et l’efficacité de la communication améliorée», explique Wang.