École Polytechnique, Collège de France ve Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) araştırmacıları, optik davranışı zaman içinde hızla ve tekrar tekrar değişen bir malzeme olan ilk tamamen optik fotonik zaman kristalini deneysel olarak üretti. Nature'da yayımlanan başarı, HZDR'nin TELBE süperradyan terahertz kaynağı sayesinde mümkün oldu.
Geleneksel fotonik kristaller; bilim insanlarının seçili ışık dalga boylarını engellemesine, yönlendirmesine veya güçlendirmesine olanak tanıyan, uzayda tekrarlanan optik desenlere sahip nanoyapılı malzemelerdir — tıpkı yarı iletkenlerin elektronları kontrol etmesi gibi. Yeni cihaz bu fikri uzaydan zamana taşıyor: yansıtıcılığı ve rezonans frekansı, ışığın kendi salınım periyoduna yakın olan pikosaniye ölçeğinde dinamik olarak değiştirilebiliyor.
Bunu başarmak için ekip, bir yalıtkan katman ve bir indiyum-antimon yarı iletkeninin üzerine yerleştirilmiş mikrometre ölçeğinde altın yapılar içeren plazmonik bir metamalzeme inşa etti. Altın yapılar ışığı hapseden minik boşluklar oluştururken, yarı iletkendeki kolektif elektron dalgaları olan yüzey plazmonları, yakalanan fotonları tutup koruyor. Cihazı TELBE'den gelen yoğun terahertz darbelerine maruz bırakmak, optik özelliklerini hem güçlü hem de hızlı biçimde değiştirdi — bu ikisinin aynı anda sağlanması daha önce büyük bir teknik engel oluşturuyordu.
Collège de France'da geliştirilen teorik model deneyleri yeniden üretti ve malzemenin zaman içinde modüle edilmesinin foton kaybını — metamalzemenin yüzeyinden geçerek kaybolan fotonların oranını — yarıya indirdiğini gösterdi.
Terahertz bandı, elektronik ile fotonik arasındaki sınırda yer alıyor ve elektronik bileşenlerde kullanılan frekanslardan yaklaşık 1.000 kat daha hızlı; buna rağmen teknolojik olarak hâlâ yeterince geliştirilmemiş durumda. Ekip, bu yaklaşımın ultra hızlı optik bilgisayarlara, gelişmiş telekomünikasyona, yeni terahertz lazerlerine ve tıbbi görüntüleme araçlarına, ayrıca "rengi" ve yoğunluğu neredeyse anında ayarlanabilen ışığa yol açabileceğini söylüyor.
Araştırmacılar şimdi kaybı daha da azaltmayı ve daha fazla foton hapsetmeyi hedefliyor; nihai amaç, yeni nesil son derece uyarlanabilir lazerlerin temelini oluşturacak kadar güçlü bir amplifikasyon elde etmek.
