کریستال زمان فوتونیک امواج مایکروویو را تقویت می کند - دنیای فیزیک

یک مانع بزرگ برای ایجاد بلورهای زمان فوتونیک در آزمایشگاه توسط تیمی از محققان در فنلاند، آلمان و ایالات متحده غلبه شده است. سرگئی ترتیاکوف در دانشگاه آلتو و همکارانش نشان داده‌اند که چگونه می‌توان ویژگی‌های تغییر زمان این مواد عجیب و غریب را در دوبعدی آسان‌تر از سه بعدی درک کرد.

اولین بار توسط برنده جایزه نوبل پیشنهاد شد فرانک ویلچک در سال 2012، کریستال های زمان یک خانواده منحصر به فرد و متنوع از مواد مصنوعی هستند. شما می توانید در مورد آنها و مفاهیم گسترده تر آنها برای فیزیک بیشتر بخوانید این دنیای فیزیک مقاله توسط فیلیپ بال - اما به طور خلاصه، آنها دارای خواصی هستند که به طور دوره ای در زمان تغییر می کنند. این برخلاف کریستال های معمولی است که دارای خواصی هستند که به طور دوره ای در فضا متفاوت هستند.

در بلورهای زمان فوتونی (PhTC)، خواص متفاوت به نحوه تعامل مواد با امواج الکترومغناطیسی برخوردی مربوط می شود. ترتیاکوف توضیح می دهد: «ویژگی منحصر به فرد این مواد توانایی آنها در تقویت امواج ورودی به دلیل عدم پایستگی انرژی موج در کریستال های زمان فوتونیک است.

شکاف های حرکتی

این خاصیت نتیجه «گپ‌های باند مومنتوم» در PhTC است که در آن فوتون‌ها در محدوده خاصی از گشتاور از انتشار منع می‌شوند. به دلیل خواص منحصر به فرد PhTC ها، دامنه امواج الکترومغناطیسی در این شکاف های باند به طور تصاعدی در طول زمان افزایش می یابد. در مقابل، شکاف‌های فرکانس مشابهی که در کریستال‌های فوتونیک فضایی و منظم PhTC تشکیل می‌شوند، باعث می‌شوند امواج در طول زمان ضعیف شوند.

PhTC ها در حال حاضر موضوعی محبوب برای مطالعه نظری هستند. تا کنون، محاسبات نشان می‌دهد که این کریستال‌های زمان دارای مجموعه‌ای از خواص منحصر به فرد هستند. اینها شامل ساختارهای توپولوژیکی عجیب و غریب، و توانایی تقویت تشعشعات الکترونها و اتمهای آزاد است.

با این حال، در آزمایش‌های واقعی، تعدیل ویژگی‌های فوتونی PhTC‌های سه‌بعدی در سراسر حجم آن‌ها بسیار دشوار است. از جمله چالش‌ها می‌توان به ایجاد شبکه‌های پمپاژ بیش از حد پیچیده اشاره کرد - که خود تداخل‌های انگلی با امواج الکترومغناطیسی منتشر شده از طریق مواد ایجاد می‌کنند.

کاهش ابعاد

تیم ترتیاکوف در مطالعه خود یک راه حل ساده برای این مشکل کشف کردند. او توضیح می دهد: "ما ابعاد بلورهای زمان فوتونیک را از سه بعدی به دو بعدی کاهش داده ایم، زیرا ساخت ساختارهای دو بعدی در مقایسه با ساختارهای سه بعدی بسیار آسان تر است."

کلید موفقیت رویکرد این تیم در فیزیک منحصربه‌فرد فراسطح‌ها نهفته است، که موادی هستند که از آرایه‌های دوبعدی ساختارهایی با اندازه طول موج فرعی ساخته شده‌اند. این ساختارها را می توان از نظر اندازه، شکل و آرایش به منظور دستکاری خواص امواج الکترومغناطیسی ورودی به روش های بسیار خاص و مفید طراحی کرد.

پس از ساخت طرح جدید فراسطحی مایکروویو، تیم نشان داد که فاصله باند حرکتی آن امواج مایکروویو را به صورت تصاعدی تقویت می‌کند.

این آزمایش‌ها به وضوح نشان دادند که متاسطح‌های متغیر با زمان می‌توانند خواص فیزیکی کلیدی PhTC‌های سه بعدی را با یک مزیت کلیدی دیگر حفظ کنند. ترتیاکوف توضیح می دهد: "نسخه دو بعدی ما از کریستال های زمان فوتونیک می تواند هم برای امواج فضای آزاد و هم برای امواج سطحی تقویت شود، در حالی که همتایان سه بعدی آنها نمی توانند امواج سطحی را تقویت کنند."

کاربردهای تکنولوژیکی

با توجه به مزیت‌هایی که نسبت به کریستال‌های زمان سه‌بعدی دارند، محققان طیف گسترده‌ای از کاربردهای فناوری بالقوه را برای طراحی خود در نظر می‌گیرند.

ترتیاکوف می‌گوید: «در آینده، کریستال‌های زمان فوتونیک دوبعدی ما می‌توانند در سطوح هوشمند قابل تنظیم مجدد در فرکانس‌های امواج مایکروویو و میلی‌متری، مانند سطوح در باند 2G آینده، ادغام شوند. این می تواند کارایی ارتباط بی سیم را افزایش دهد.

در حالی که متاماده آنها به طور خاص برای دستکاری امواج مایکروویو طراحی شده است، محققان امیدوارند که تنظیمات بیشتر در متاسطح آنها بتواند استفاده از آن را به نور مرئی گسترش دهد. این امر راه را برای توسعه مواد نوری پیشرفته جدید هموار می کند.

با نگاهی بیشتر به آینده، ترتیاکوف و همکارانش پیشنهاد می‌کنند که PhTC‌های دوبعدی می‌توانند بستر مناسبی برای ایجاد «کریستال‌های فضا-زمان» حتی باطنی‌تر فراهم کنند. اینها مواد فرضی هستند که الگوهای تکراری را در زمان و مکان به طور همزمان نشان می دهند.

تحقیق در شرح داده شده است با پیشرفتهای علمی.

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• ضرب کردن آینده با آدرین اشلی. دسترسی به اینجا.
• خرید و فروش سهام در شرکت های PRE-IPO با PREIPO®. دسترسی به اینجا.
• منبع: https://physicsworld.com/a/photonic-time-crystal-amplifies-microwaves/