أنتج الباحثون بلورات زمنية فوتونية في الطيف شبه المرئي، مما قد يحدث ثورة في التطبيقات العلمية للضوء. يوسع هذا الإنجاز نطاق أجهزة PTCs المعروفة سابقًا، والتي كانت مرئية فقط في موجات الراديو.
كشفت دراسة حديثة عن تذبذبات في معامل الانكسار أسرع مما يمكن أن تفسره النظريات الحالية.
دراسة نشرت مؤخرا في المجلة الضوئيات النانوية يكشف أنه من خلال التعديل السريع لمؤشر الانكسار – وهو نسبة سرعة الإشعاع الكهرومغناطيسي في الوسط إلى سرعته في الفراغ – من الممكن إنتاج بلورات زمنية فوتونية (PTCs) في الجزء الأكثر وضوحًا من الطيف.
يقترح مؤلفو الدراسة أن القدرة على الحفاظ على PTCs في المجال البصري يمكن أن يكون لها آثار عميقة على علم الضوء، مما يتيح تطبيقات مذهلة حقًا في المستقبل.
PTCs، وهي المواد التي يزيد فيها معامل الانكسار وينخفض بسرعة مع مرور الوقت، هي المعادل الزمني للبلورات الضوئية التي يتأرجح فيها معامل الانكسار بشكل دوري في الفضاء مما يسبب، على سبيل المثال، تقزح المعادن الثمينة وأجنحة الحشرات.
الإعداد التجريبي لقياس وقت الانكسار في نظام الدراجة الهوائية الأحادية العجلة. الائتمان: إيران لوستيج وآخرون.
تكون PTC مستقرة فقط إذا كان معامل الانكسار يمكن أن يرتفع وينخفض مع دورة واحدة من الموجات الكهرومغناطيسية عند التردد المعني. لذلك، ليس من المستغرب أن يتم رصد PTCs حتى الآن في الطرف الأدنى من الطيف الكهرومغناطيسي: مع موجات الراديو.
في هذه الدراسة الجديدة، أرسل المؤلف الرئيسي موردخاي سيغيف من معهد التخنيون الإسرائيلي للتكنولوجيا، حيفا، إسرائيل، مع المتعاونين فلاديمير شاليف وألكسندرا بولتاسيفا من جامعة بوردو، إنديانا، الولايات المتحدة الأمريكية، وفرقهم، نبضات قصيرة للغاية (5-6 فيمتوثانية). . من ضوء الليزر بطول موجة 800 نانومتر من خلال مواد أكسيد موصلة شفافة.
تسبب هذا في تغير سريع في معامل الانكسار الذي تم استكشافه باستخدام شعاع ليزر مسبار بطول موجي أطول قليلاً (بالقرب من الأشعة تحت الحمراء). تم إزاحة شعاع المسبار بسرعة إلى اللون الأحمر (أي زاد طول موجته) ثم تحول إلى اللون الأزرق (انخفض الطول الموجي) حيث عاد معامل انكسار المادة إلى قيمته الطبيعية.
مخططات طيفية للإرسال لنبضات مسبار تبلغ 44 fs تمر عبر عينة ITO، لنبضات مُشكِّلة ذات عروض زمنية مختلفة. الائتمان: إيران لوستيج وآخرون.
كان الوقت اللازم لكل من هذه التغييرات في معامل الانكسار ضئيلًا – أقل من 10 فيمتوثانية – وبالتالي، خلال الدورة الواحدة اللازمة لتشكيل معامل الانكسار الثابت.
وقال سيجيف: “عادةً ما تستغرق الإلكترونات المثارة عالية الطاقة في البلورات وقتًا أطول بعشر مرات للعودة إلى حالتها الأساسية، ويعتقد العديد من الباحثين أن الاسترخاء فائق السرعة الذي نلاحظه هنا سيكون مستحيلاً”. “نحن لا نفهم بالضبط كيف يحدث هذا.”
يقترح المؤلف المشارك شاليف أيضًا أن القدرة على الحفاظ على PTCs في المجال البصري، كما هو موضح هنا، “ستفتح فصلًا جديدًا في علم الضوء وستتيح تطبيقات مدمرة حقًا”. ومع ذلك، فإننا لا نعرف سوى القليل عما يمكن أن يكون عليه الحال، كما عرف الفيزيائيون في الستينيات عن التطبيقات المحتملة لليزر.
المرجع: “البصريات الانكسارية للزمن مع تعديل الدورة الواحدة” بقلم إيران لوستيج وأوهاد سيجال وسوهام ساها وإلياهو بوردو وسارة ن. شودري ويوناتان شرابي وأفنر فلايشر وألكسندرا بولتاسيفا وأورين كوهين وفلاديمير م. شاليف ومردخاي سيجيف، 31 مايو 2023، الضوئيات النانوية.
DOI: 10.1515/نانوف-2023-0126
تم تمويل البحث من قبل مؤسسة الأبحاث الألمانية.
