Fotonik zaman kristali mikrodalgaları güçlendirir – Fizik Dünyası

Laboratuvarda fotonik zaman kristalleri oluşturmanın önündeki büyük bir engel, Finlandiya, Almanya ve ABD'deki bir araştırma ekibi tarafından aşıldı. Sergei Tretyakov Aalto Üniversitesi'ndeki ve meslektaşları, bu egzotik malzemelerin zamanla değişen özelliklerinin 2B'de 3B'den çok daha kolay gerçekleştirilebileceğini gösterdiler.

İlk olarak Nobel ödüllü tarafından önerildi Frank Wilczek 2012'de, zaman kristalleri benzersiz ve çeşitli bir yapay malzeme ailesidir. Onlar hakkında daha fazlasını ve fizik için daha geniş etkilerini şuradan okuyabilirsiniz: Re-Tweet Fizik dünyası göre Philip Ball tarafından - ama kısaca, zaman içinde periyodik olarak değişen özelliklere sahiptirler. Bu, uzayda periyodik olarak değişen özelliklere sahip geleneksel kristallerden farklıdır.

Fotonik zaman kristallerinde (PhTC'ler), değişen özellikler, malzemelerin gelen elektromanyetik dalgalarla nasıl etkileşime girdiğiyle ilgilidir. Tretyakov, "Bu malzemelerin benzersiz özelliği, fotonik zaman kristalleri içinde dalga enerjisinin korunmaması nedeniyle gelen dalgaları yükseltme yetenekleridir" diye açıklıyor.

Momentum bant aralıkları

Bu özellik, belirli momentum aralıklarındaki fotonların yayılmasının yasak olduğu PhTC'lerdeki "momentum bant boşluklarının" bir sonucudur. PhTC'lerin benzersiz özelliklerinden dolayı, bu bant aralıkları içindeki elektromanyetik dalgaların genlikleri zamanla katlanarak büyür. Aksine, düzenli, uzamsal fotonik kristaller PhTC'lerde oluşan benzer frekans bant aralıkları, dalgaların zamanla zayıflamasına neden olur.

PhTC'ler artık teorik çalışmanın popüler bir konusudur. Şimdiye kadar yapılan hesaplamalar, bu zaman kristallerinin benzersiz bir dizi özelliğe sahip olduğunu gösteriyor. Bunlar, egzotik topolojik yapıları ve serbest elektronlardan ve atomlardan gelen radyasyonu yükseltme yeteneğini içerir.

Bununla birlikte, gerçek deneylerde, 3D PhTC'lerin fotonik özelliklerini hacimleri boyunca modüle etmenin çok zor olduğu kanıtlanmıştır. Zorluklar arasında, malzeme boyunca yayılan elektromanyetik dalgalar ile asalak parazitler yaratan aşırı karmaşık pompalama ağlarının oluşturulması yer alır.

Azaltılmış boyutluluk

Tretyakov'un ekibi yaptıkları çalışmada bu soruna basit bir çözüm buldu. "Fotonik zaman kristallerinin boyutsallığını 3B'den 2B'ye indirdik, çünkü 2B yapıları inşa etmek 3B yapılara kıyasla çok daha kolay," diye açıklıyor.

Ekibin yaklaşımının başarısının anahtarı, alt dalga boyu boyutlu yapıların 2B dizilerinden yapılan malzemeler olan metasurfaces'in benzersiz fiziğinde yatmaktadır. Bu yapılar, gelen elektromanyetik dalgaların özelliklerini son derece spesifik ve kullanışlı yollarla manipüle etmek için boyut, şekil ve düzenleme olarak uyarlanabilir.

Ekip, yeni mikrodalga metasurface tasarımlarını ürettikten sonra, momentum bant aralığının mikrodalgaları katlanarak güçlendirdiğini gösterdi.

Bu deneyler, zamanla değişen meta yüzeylerin, 3D PhTC'lerin temel fiziksel özelliklerini bir önemli ek fayda ile koruyabildiğini açıkça gösterdi. Tretyakov, "Fotonik zaman kristallerinin 2B versiyonumuz, hem serbest uzay dalgaları hem de yüzey dalgaları için yükseltme sağlayabilirken, 3B benzerleri yüzey dalgalarını yükseltemez" diye açıklıyor.

teknolojik uygulamalar

Araştırmacılar, 3B zaman kristallerine göre çok sayıda avantajlarıyla, tasarımları için çok çeşitli potansiyel teknolojik uygulamalar öngörüyorlar.

Tretyakov, "Gelecekte, 2B fotonik zaman kristallerimiz, mikrodalga ve milimetre dalga frekanslarında, örneğin yaklaşan 6G bandındakiler gibi, yeniden yapılandırılabilir akıllı yüzeylere entegre edilebilir" diyor. "Bu, kablosuz iletişim verimliliğini artırabilir."

Araştırmacılar, metamalzemeleri mikrodalgaları manipüle etmek için özel olarak tasarlanmış olsa da, metayüzeylerinde yapılacak daha fazla ayarlamanın, kullanımını görünür ışığa genişletebileceğini umuyorlar. Bu, yeni gelişmiş optik malzemelerin geliştirilmesinin önünü açacaktır.

Geleceğe daha fazla bakıldığında, Tretyakov ve meslektaşları, 2B PhTC'lerin daha ezoterik "uzay-zaman kristalleri" yaratmak için uygun bir platform sağlayabileceğini öne sürüyorlar. Bunlar, aynı anda zaman ve mekanda tekrar eden modeller sergileyen varsayımsal malzemelerdir.

Araştırma şu şekilde açıklanmaktadır: Bilim Gelişmeler.

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoAiStream. Web3 Veri Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• Adryenn Ashley ile Geleceği Basmak. Buradan Erişin.
• PREIPO® ile PRE-IPO Şirketlerinde Hisse Al ve Sat. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://physicsworld.com/a/photonic-time-crystal-amplifies-microwaves/