Los investigadores crearon cristales de tiempo fotónicos que operan en frecuencias de microondas y demostraron que los cristales pueden amplificar las ondas electromagnéticas.
Los investigadores han desarrollado una forma de crear cristales fotónicos de tiempo, mostrando que estos extraños materiales artificiales amplifican la luz que brilla sobre ellos. Estos hallazgos podrían conducir a comunicaciones inalámbricas más eficientes y robustas y láseres significativamente mejorados.
Interfaz variable en el tiempo y luz, cristal fotónico: interpretación artística. Crédito de la imagen: Viktar Asadchy, Universidad Aalto
Los cristales de tiempo fueron concebidos por primera vez por el premio Nobel Frank Wilczek en 2012. Mientras que los cristales naturales convencionales tienen un patrón estructural que se repite en el espacio, en un cristal de tiempo, el patrón se repite en el tiempo.
Aunque algunos físicos inicialmente se mostraron escépticos de que pudieran existir cristales de tiempo, experimentos recientes han logrado crearlos. El año pasado, investigadores del Laboratorio de Baja Temperatura de la Universidad Aalto cristales de tiempo emparejados creados que podría ser útil para dispositivos cuánticos.
Ahora, otro equipo ha creado cristales de tiempo fotónicos, que son análogos temporales de los materiales ópticos convencionales. Los investigadores crearon cristales de tiempo fotónicos que operan en frecuencias de microondas y demostraron que pueden amplificar las ondas electromagnéticas.
Esta capacidad tiene aplicaciones potenciales en diversas tecnologías, incluidas las comunicaciones inalámbricas, los circuitos integrados y los láseres.
Hasta ahora, la investigación sobre cristales de tiempo fotónicos se ha centrado en materiales a granel, es decir, estructuras tridimensionales. Esto ha demostrado ser un gran desafío y los experimentos no han superado los sistemas modelo sin aplicaciones prácticas.
Ahora, el equipo, que incluye investigadores de la Universidad de Aalto, el Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT) y la Universidad de Stanford, probó un nuevo enfoque: construir un cristal de tiempo fotónico bidimensional.
“Descubrimos que reducir la dimensionalidad de una estructura 3D a una 2D facilitó significativamente la implementación, lo que hizo posible realizar cristales de tiempo fotónicos en la realidad”, dice Wang Xuchenel autor principal del estudio, quien fue estudiante de doctorado en Aalto y actualmente está en KIT.
El nuevo enfoque permitió al equipo fabricar un cristal de tiempo fotónico y verificar experimentalmente las predicciones teóricas sobre su comportamiento. “Demostramos por primera vez que los cristales fotónicos de tiempo pueden amplificar la luz incidente con gran ganancia”, dice Wang.
‘En un cristal de tiempo fotónico, los fotones están dispuestos en un patrón que se repite con el tiempo. Esto significa que los fotones del cristal están sincronizados y son coherentes, lo que puede dar lugar a interferencias constructivas y amplificación de la luz», explica Wang.
Los cristales de tiempo fotónicos bidimensionales tienen una gama de aplicaciones potenciales. Al amplificar las ondas electromagnéticas, podrían hacer que los transmisores y receptores inalámbricos sean más potentes o más eficientes.
Wang señala que recubrir las superficies con cristales de tiempo fotónicos 2D también podría ayudar con la disminución de la señal, que es un problema importante en la transmisión inalámbrica. Los cristales de tiempo fotónicos también podrían simplificar los diseños de láser al eliminar la necesidad de espejos voluminosos que normalmente se usan en las cavidades de láser.
Otra aplicación surge del hallazgo de que los cristales de tiempo fotónicos 2D no solo amplifican las ondas electromagnéticas que los golpean desde el espacio circundante, sino también las ondas que viajan a lo largo de las superficies. Las ondas superficiales se utilizan para la comunicación entre componentes electrónicos en circuitos integrados.
‘Cuando una onda de superficie se propaga, sufre pérdidas materiales y la intensidad de la señal se reduce. Con cristales de tiempo fotónicos 2D integrados en el sistema, la onda superficial se puede amplificar y mejorar la eficiencia de la comunicación”, dice el profesor. Viktar Asadchyquien ha generado la idea de los cristales de tiempo fotónicos 2D.
Fuente: Universidad de Ámsterdam
