Kryształy czasowe, choć zaproponowane w 2012 r. przez noblistę prof. Franka Wilczka, przez dług czas istniały w świadomościach fizyków jako struktury teoretyczne. W 2014 r. prof. Krzysztof Sacha z Uniwersytetu Jagiellońskiego wykazał, że układ oddziałujących atomów periodycznie zaburzany może zachowywać się jak dyskretny kryształ czasowy. Ale co to właściwie jest?
Czytaj też: Organy z drukarki 3D nadchodzą. Ten biotusz może zapoczątkować rewolucję
“Zwykłe” kryształy powstają, gdy między atomami dochodzi do samoorganizacji i tworzą one powtarzające się struktury w przestrzeni. Są uporządkowane, a odległości pomiędzy poszczególnymi atomami są równe – podobnie jak w folii bąbelkowej mamy do czynienia z regularną siecią bąbelków. W przypadku kryształów czasowych struktura powtarza się nie w przestrzeni, a w czasie. Dopiero w 2022 r. naukowcy z Laboratorium Niskich Temperatur Uniwersytetu Aalto stworzyli sparowane kryształy czasowe, które mogą być przydatne w urządzeniach kwantowych.
Teraz inny zespół stworzył fotoniczne kryształy czasowe, które są czasowymi analogami konwencjonalnych materiałów optycznych. Działają na częstotliwościach mikrofalowych i mogą wzmacniać fale elektromagnetyczne. Ta zdolność ma potencjalne zastosowanie w różnych technologiach, w tym w komunikacji bezprzewodowej, układach scalonych i laserach. Opisano to w Science Advances.
Dwuwymiarowe kryształy czasowe wreszcie odnalezione
Dotychczas w badaniach nad fotonicznymi kryształami czasowymi wykorzystywano tzw. materiały sypkie, czyli struktury trójwymiarowe. Nie miały one jednak praktycznych zastosowań, a same eksperymenty były niezwykle żmudne. Teraz fińscy uczeni spróbowali innego podejścia: zbudowania fotonicznego kryształu czasowego 2D.
Odkryliśmy, że zmniejszenie wymiaru ze struktury 3D do 2D znacznie ułatwiło implementację, co umożliwiło realizację fotonicznych kryształów czasowych w rzeczywistości. dr Xuchen Wang, główny autor badania
Dzięki nowemu podejściu, możliwe jest stworzenie fotonicznego kryształu czasowego i weryfikację teoretycznych przewidywań dotyczących jego zachowania. Po raz pierwszy w historii wykazano, że takie struktury mogą wzmacniać padające światło.
Czytaj też: Bateria słoneczna oparta na fotoanodach z azotku węgla, czyli jak magazynować energię
Fotoniczne kryształy czasowe 2D mają szereg potencjalnych zastosowań. Dzięki wzmacnianiu fal elektromagnetycznych mogą sprawić, że bezprzewodowe nadajniki i odbiorniki byłyby wydajniejsze. Dwuwymiarowe fotoniczne kryształy czasowe mogą także uprościć budowę laserów i usprawnić działanie komponentów elektronicznych w układach scalonych.