Neseniai atliktas tyrimas atskleidė lūžio rodiklio svyravimus greičiau, nei galima paaiškinti dabartinėmis teorijomis.

Neseniai žurnale paskelbtas tyrimas Nanofotonika Tai atskleidžia, kad greitai koreguojant lūžio rodiklį – elektromagnetinės spinduliuotės greičio santykį terpėje ir jos greitį vakuume – galima sukurti fotoninius laiko kristalus (PTC) beveik matomoje spektro dalyje. .

Tyrimo autoriai teigia, kad galimybė išsaugoti PTC optiniame lauke gali turėti didelės įtakos fotonikai, o tai ateityje leis iš tikrųjų trikdyti.

PTC, medžiagos, kurių lūžio rodiklis laikui bėgant greitai didėja ir mažėja, yra laiko ekvivalentas fotoniniams kristalams, kurių lūžio rodiklis periodiškai svyruoja erdvėje, sukeldamas, pavyzdžiui, tauriųjų metalų ir vabzdžių sparnų žydėjimą.

Eksperimentinė refraktometrijos sąranka vieno ciklo režimu. Kreditas: Iranas Lustig ir kt.

PTC yra stabilus tik tuo atveju, jei lūžio rodiklis gali kilti ir kristi pagal vieną elektromagnetinių bangų ciklą aptariamu dažniu, todėl nenuostabu, kad iki šiol PTC buvo stebimi žemesnio elektromagnetinio spektro dažnio gale. : su radijo bangomis.

Šiame naujame tyrime pagrindinis autorius Mordechai Segev iš Technion-Israel technologijos instituto, Haifa, Izraelis, kartu su bendradarbiais Vladimiru Shalev ir Alexandra Poltaseva iš Purdue universiteto (Indiana, JAV) ir jų komandomis siųsdavo labai trumpai (5–6 femtosekundes). ) šviesos impulsai 800 nm bangos ilgio lazeris per skaidrias laidžias oksidines medžiagas.

Tai sukėlė greitą lūžio rodiklio pokytį, kuris buvo ištirtas naudojant zondo lazerio spindulį su šiek tiek ilgesniu bangos ilgiu (beveik infraraudonųjų spindulių). Zondo spindulys buvo greitai perkeltas į raudoną (didinant bangos ilgį), o po to į mėlyną (sumažinant bangos ilgį), nes medžiagos lūžio rodiklis sumažėjo iki normalios vertės.

44 fs zondo impulsų, perduodamų per ITO mėginį, perdavimo spektrogramos, skirtos skirtingo laiko pločio impulsams moduliuoti. Kreditas: Iranas Lustig ir kt.

Laikas, kurio prireikė kiekvienam iš šių lūžio rodiklio pokyčių, buvo mažas – mažiau nei 10 femtosekundžių, taigi per vieną ciklą, reikalingą stabiliam PTC susidarymui.

„Didelės energijos sužadinti elektronai kristaluose paprastai turi daugiau nei dešimt kartų ilgiau, kad atsipalaiduotų į pradinę būseną, ir daugelis tyrinėtojų mano, kad itin greitas atsipalaidavimas, kurį stebime čia, būtų neįmanomas“, – sakė Segevas. „Mes tiksliai nesuprantame, kaip tai vyksta.”

Bendraautorius Shalev taip pat siūlo, kad galimybė išsaugoti PTC optinėje srityje, kaip parodyta čia, „atvers naujas fotonikos mokslo skyrius ir leis tikrai trikdančius pritaikymus“. Tačiau mes mažai žinome, kaip tai gali būti, nes septintojo dešimtmečio fizikai žinojo apie galimą lazerių pritaikymą.

Nuoroda: „Laiko lūžio optika su vieno ciklo moduliacija“, autoriai Eran Lustig, Ohad Segal, Soham Saha, Eliyahu Bordo, Sarah N. Choudary, Yonatan Sharabi, Avner Fleischer, Alexandra Boltaseva, Oren Cohen, Vladimir M. Shalev, Mordechai Segev, 2023 m. gegužės 31 d. Nanofotonika.
DOI: 10.1515/nanov-2023-0126

Tyrimą finansavo Vokietijos tyrimų fondas.