Lebih cepat dari yang bisa dijelaskan: Kristal waktu optik dapat merevolusi optik

Sebuah penelitian baru-baru ini mengungkapkan osilasi indeks bias lebih cepat daripada yang dapat dijelaskan oleh teori saat ini.

Sebuah penelitian baru-baru ini diterbitkan di jurnal Nanofotonik Hal ini mengungkapkan bahwa dengan menyesuaikan indeks bias secara cepat—rasio kecepatan radiasi elektromagnetik dalam suatu medium dibandingkan dengan kecepatannya dalam ruang hampa—adalah mungkin untuk menghasilkan kristal waktu fotonik (PTC) di bagian spektrum yang hampir terlihat. .

Para penulis penelitian berpendapat bahwa kemampuan untuk melestarikan PTC di bidang optik dapat memiliki implikasi besar terhadap fotonik, sehingga memungkinkan penerapan yang benar-benar mengganggu di masa depan.

PTC, bahan yang indeks biasnya naik dan turun dengan cepat seiring berjalannya waktu, setara dengan kristal fotonik yang indeks biasnya berosilasi secara berkala di ruang angkasa yang menyebabkan, misalnya, warna-warni logam mulia dan sayap serangga.

Pengaturan eksperimental untuk refraktometri dalam sistem siklus tunggal. Kredit: Iran Lustig dkk.

PTC hanya stabil jika indeks biasnya dapat dibuat naik dan turun sejalan dengan satu siklus gelombang elektromagnetik pada frekuensi yang bersangkutan, sehingga, tidak mengherankan, PTC sejauh ini telah diamati pada ujung frekuensi yang lebih rendah dari spektrum elektromagnetik. : dengan gelombang radio.

Dalam studi baru ini, penulis utama Mordechai Segev dari Technion-Israel Institute of Technology, Haifa, Israel, bersama dengan kolaborator Vladimir Shalev dan Alexandra Poltaseva dari Purdue University, Indiana, AS, dan tim mereka, mengirimkan data yang sangat singkat (5-6 femtodetik ) pulsa cahaya Laser dengan panjang gelombang 800 nm melalui bahan oksida konduktif transparan.

Hal ini menyebabkan pergeseran cepat indeks bias yang dieksplorasi menggunakan sinar laser probe dengan panjang gelombang sedikit lebih panjang (inframerah dekat). Sinar probe dengan cepat bergeser ke merah (meningkatkan panjang gelombangnya) dan kemudian menjadi biru (mengurangi panjang gelombangnya) karena indeks bias material turun ke nilai normalnya.

Spektogram transmisi pulsa probe 44 fs melewati sampel ITO, untuk memodulasi pulsa dengan lebar waktu berbeda. Kredit: Iran Lustig dkk.

Waktu yang dibutuhkan untuk setiap perubahan indeks bias ini kecil—kurang dari 10 femtodetik—dan dengan demikian, dalam satu siklus diperlukan untuk membentuk PTC yang stabil.

“Elektron tereksitasi berenergi tinggi dalam kristal umumnya memerlukan waktu sepuluh kali lebih lama untuk kembali ke keadaan dasarnya, dan banyak peneliti percaya bahwa relaksasi ultracepat yang kami amati di sini tidak mungkin dilakukan,” kata Segev. “Kami tidak mengerti persisnya bagaimana hal itu bisa terjadi.”

Rekan penulis Shalev juga menyarankan bahwa kemampuan untuk melestarikan PTC dalam domain optik, seperti yang ditunjukkan di sini, akan “membuka babak baru dalam ilmu fotonik dan memungkinkan penerapan yang benar-benar mengganggu.” Namun, kita hanya tahu sedikit tentang hal ini, karena fisikawan pada tahun 1960an mengetahui potensi penerapan laser.

Referensi: “Optik bias waktu dengan modulasi siklus tunggal” oleh Eran Lustig, Ohad Segal, Soham Saha, Eliyahu Bordo, Sarah N. Choudary, Yonatan Sharabi, Avner Fleischer, Alexandra Boltaseva, Oren Cohen, Vladimir M. Shalev, Mordechai Segev, 31 Mei 2023, Nanofotonik.
DOI: 10.1515/nanov-2023-0126

Penelitian ini didanai oleh German Research Foundation.