Международная исследовательская группа создала первый полностью оптический фотонный временной кристалл. В ее состав вошли специалисты из Политехнической школы, Коллеж де Франс и Центра имени Гельмгольца в Дрездене-Россендорфе.
Результаты работы опубликованы в журнале Nature. Эксперимент провели с помощью источника сверхизлучающего терагерцового излучения TELBE. Эта система позволила исследовать ранее недоступную форму взаимодействия света и материи в терагерцовом диапазоне. По данным ученых, управление поведением света внутри материалов привело к созданию технологий, формирующих современную жизнь: оптические волокна передают информацию, лазеры обеспечивают высокоточные источники света, а оптические датчики используются в химии и биологии.
Исследователи работают над фотонными устройствами, способными управлять светом в терагерцовом диапазоне частот — между традиционной электроникой и фотоникой. Авторы объяснили, что терагерцовый диапазон представляет собой границу между этими технологиями и полон возможностей, однако технологически он все еще недостаточно развит. Создание фотонных кристаллов может помочь преодолеть этот разрыв.
Традиционные фотонные кристаллы представляют собой наноструктурированные материалы с повторяющимся оптическим рисунком, который определяет движение фотонов. Предыдущие эксперименты показали, что температура и магнитные поля могут изменять способность кристаллов улавливать свет, но после установления этих условий оптическое поведение оставалось неизменным.
Оптические свойства нового устройства могут динамически изменяться в пикосекундном масштабе. Фотонный временной кристалл создает повторяющийся узор во времени. Один из авторов отметил, что расширение возможностей фотонных кристаллов из пространства во время открывает новое измерение для управления светом и новый путь к усилению и генерации лазерного излучения.
Команда подвергла устройство воздействию терагерцовых лазерных импульсов, генерируемых TELBE. Благодаря интенсивному излучению исследователи смогли быстро изменить оптические свойства материала, особенно его отражательную способность. Достижение этих эффектов одновременно представляло серьезную техническую проблему. Сила изменения была сравнима с принуждением объекта излучать совершенно другой цвет, а трансформация происходила за пикосекунды. Ученые подтвердили, что уникальная способность системы генерировать высокочастотные, фазово-стабильные терагерцовые импульсы имела решающее значение для достижения когерентной сверхбыстрой модуляции.
