全球首个全光子时间晶体（PTC）制备技术诞生，有望催生超高速计算机、自适应通信以及全新激光器

IT之家 8 月 2 日消息，法国巴黎综合理工学院、法兰西公学院和亥姆霍兹德累斯顿-罗森多夫研究中心的科学家们最近取得新突破，在全球范围内首次制备出全光子时间晶体（PTC），能够跟随时间快速且反复地改变其光学特性。IT之家了解到，这项成果已于上个月（7 月 29 日）发表于《自然》期刊。该研究利用了 HZDR 和 TELBE 超辐射太赫兹源，将系统驱动至太赫兹（THz）光与物质相互作用状态。为超高速计算机、自适应通信系统和全新一代太赫兹激光器铺平道路。本次研究中的光子晶体是一种具有周期性光学结构的纳米结构材料，可控制光子的传播方式。科学家们通过调整不同材料的折射率和结构形状，如同半导体控制电子一样，对特定波长的光进行阻挡、引导或增强。该研究团队已在此前证明，光子晶体捕获光的能力可以通过调节温度或磁场实现。但此前，这种控制仍然是静态的，无法跟随时间变化。而此次研究中首次实现的光子时间晶体，其材料的光学性质能够达成皮秒（一万亿分之一秒）级动态变化，与光自身的振荡周期相当。为了让光子性质能够随时间变化，研究人员付出了巨大努力。他们在泰雷兹集团 Albert Fert 实验室、巴黎综合理工学院界面物理实验室的帮助下，制造出等离子体超材料。据介绍，该材料由微米级金制凹槽结构组成，其下方依次是绝缘层，以及由铟和锑混合制成的半导体材料。同时，这些金属凹槽能够充当微型腔体，在金属层和半导体层之间捕获光子。当半导体表面受到刺激时，会产生“表面等离激元”，让电子表现出集体波动行为，进而捕获光并维持振荡。科学家们利用了 HZDR ELBE 加速器中的 TELBE 太赫兹源，向设备发射高强度、可调频率的太赫兹激光脉冲。实验结果显示，该材料的光学性质、反射光能力可在极短时间内发生强烈变化。未来，科学家将探索如何进一步减少光子通过晶体的损耗，并增加设备内部的光子数量。当光放大达到足够水平后，这项技术可能改变太赫兹领域光技术的发展方式。参考：Plasmonic metamaterial time crystal | Nature