Ученые из Франции и Германии создали первый полностью оптический фотонный временной кристалл. Он позволяет изменять оптические свойства материала в пикосекундном масштабе — в миллиардные доли секунды. По сути, они построили структуру, где оптические характеристики — например, способность отражать или пропускать лучи — меняются не в пространстве, а во времени, причем с колоссальной скоростью. Результат работы открывает дорогу к технологиям, которые раньше считались фантастикой.

©ScienceDaily

Обычные фотонные кристаллы — это материалы с периодической структурой, которая управляет движением фотонов, как полупроводники управляют электронами. Их свойства жестко зафиксированы. У нового кристалла отражательная способность и резонансная частота динамически меняются под воздействием внешнего импульса.

Чтобы добиться этого, ученые создали плазмонный метаматериал: слой микроскопических золотых элементов на полупроводнике из индия и сурьмы. Золотые структуры работают как ловушки для света, удерживая его между слоями. Затем на эту конструкцию направили мощные терагерцовые импульсы от уникального источника TELBE. Это позволило менять отражающую способность материала с рекордной скоростью — за единицы пикосекунд.

Теоретическая модель, разработанная параллельно, подтвердила эксперимент и показала, что такой подход сокращает рассеивание фотонов вдвое. Проще говоря, свет не уходит в стороны, а остается внутри структуры, что критически важно для практического применения.

Результат — не просто лабораторный курьез. Эта технология дает возможность создавать лазеры с настраиваемыми параметрами, оптические компьютеры, работающие на терагерцовых частотах, и системы связи, способные адаптироваться в реальном времени. Терагерцовый диапазон находится на стыке электронных и фотонных технологий, но до сих пор остается слабо освоенным по сравнению с ними. Теперь у ученых есть инструмент для его освоения. В перспективе разработка может привести к появлению медицинских приборов нового поколения и сверхбыстрых коммуникационных систем.