Os pesquisadores produziram cristais de tempo fotônicos no espectro quase visível, o que poderia revolucionar as aplicações da ciência da luz. Esta conquista expande uma gama anteriormente conhecida de PTCs, que só eram visíveis em ondas de rádio.
Um estudo recente revelou oscilações no índice de refração mais rapidamente do que pode ser explicado pelas teorias atuais.
Um estudo publicado recentemente na revista Nanofotônica Ele revela que ajustando rapidamente o índice de refração – a relação entre a velocidade da radiação eletromagnética em um meio em comparação com sua velocidade no vácuo – é possível produzir cristais fotônicos de tempo (PTCs) na parte quase visível do espectro. .
Os autores do estudo sugerem que a capacidade de preservar PTCs no campo óptico pode ter implicações profundas para a fotônica, permitindo aplicações verdadeiramente disruptivas no futuro.
Os PTCs, materiais cujo índice de refração aumenta e diminui rapidamente ao longo do tempo, são equivalentes no tempo aos cristais fotônicos cujo índice de refração oscila periodicamente no espaço, causando, por exemplo, a iridescência de metais preciosos e asas de insetos.
Configuração experimental para refratometria em sistema de ciclo único. Crédito: Iran Lustig et al.
Um PTC só é estável se o índice de refração puder aumentar e diminuir em linha com um único ciclo de ondas eletromagnéticas na frequência em questão, portanto, sem surpresa, os PTCs foram observados até agora na extremidade de frequência mais baixa do espectro eletromagnético. : com ondas de rádio.
Neste novo estudo, o autor principal Mordechai Segev do Instituto de Tecnologia Technion-Israel, Haifa, Israel, juntamente com os colaboradores Vladimir Shalev e Alexandra Poltaseva da Purdue University, Indiana, EUA, e suas equipes, enviaram mensagens extremamente curtas (5-6 femtossegundos ) pulsos de luz Laser com comprimento de onda de 800 nm através de materiais de óxido condutor transparente.
Isso causou uma rápida mudança no índice de refração que foi explorado usando um feixe de laser de sonda com comprimento de onda ligeiramente mais longo (infravermelho próximo). O feixe da sonda foi rapidamente alterado para vermelho (aumentando seu comprimento de onda) e depois para azul (diminuindo seu comprimento de onda) à medida que o índice de refração do material caía para seu valor normal.
Espectrogramas de transmissão de pulsos de sonda de 44 fs passados pela amostra ITO, para modulação de pulsos de diferentes larguras de tempo. Crédito: Iran Lustig et al.
O tempo necessário para cada uma dessas alterações no índice de refração foi pequeno – menos de 10 femtossegundos – e, portanto, dentro do ciclo necessário para formar um PTC estável.
“Os elétrons excitados de alta energia nos cristais geralmente precisam de mais de dez vezes mais tempo para relaxar de volta ao seu estado fundamental, e muitos pesquisadores acreditam que o relaxamento ultrarrápido que observamos aqui seria impossível”, disse Segev. “Não entendemos exatamente como isso acontece.”
O coautor Shalev também sugere que a capacidade de preservar PTCs no domínio óptico, como mostrado aqui, “abrirá um novo capítulo na ciência fotônica e permitirá aplicações verdadeiramente disruptivas”. No entanto, sabemos pouco sobre como isso poderia ser, já que os físicos da década de 1960 sabiam sobre as aplicações potenciais dos lasers.
Referência: “Óptica refrativa no tempo com modulação de ciclo único” por 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 de maio de 2023, Nanofotônica.
DOI: 10.1515/nanov-2023-0126
A pesquisa foi financiada pela Fundação Alemã de Pesquisa.
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