Международная группа исследователей из Университета Аалто, Университета Восточной Финляндии, Технологического института Карлсруэ и Харбинского инженерного университета впервые разработала реалистичные фотонные кристаллы времени. Эти экзотические материалы способны экспоненциально усиливать свет, что открывает новые перспективы для связи, визуализации и зондирования. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Photonics.
Фотонные кристаллы времени отличаются от традиционных кристаллов тем, что они обладают временной, а не пространственной структурой. Эти материалы остаются однородными в пространстве, но периодически изменяются во времени, что создает уникальные условия для распространения света. В результате внутри кристалла возникает эффект импульсных запрещенных зон, где свет задерживается и его интенсивность растёт со временем.
Одним из ключевых приложений фотонных кристаллов времени может стать создание нанодатчиков. Эти устройства будут способны обнаруживать мельчайшие частицы, такие как вирусы или биомаркеры заболеваний. При попадании частиц на поверхность датчика кристалл сможет улавливать испускаемый свет и автоматически усиливать его, что значительно повысит точность и чувствительность современных методов диагностики.
Разработка фотонных кристаллов времени для видимого света долгое время оставалась сложной задачей из-за необходимости сверхбыстрых изменений свойств материалов с большой амплитудой. Ранее исследователи смогли экспериментально продемонстрировать фотонные кристаллы времени на низких частотах, таких как микроволны. Однако сейчас команда предложила новый подход, позволяющий достичь истинно оптических фотонных временных кристаллов.
Используя массив крошечных кремниевых сфер, исследователи продемонстрировали, что условия, необходимые для усиления света, могут быть реализованы в лаборатории. Это открытие закладывает основу для более компактных и мощных оптических устройств, таких как лазеры и датчики, что обещает серьезные изменения в различных областях науки и техники.