بشكل أسرع مما يمكن تفسيره، يمكن لبلورات الزمن الضوئية أن تُحدث ثورة في مجال البصريات

كشفت دراسة حديثة عن تذبذبات في معامل الانكسار أسرع مما يمكن تفسيره بالنظريات الحالية.

دراسة حديثة نشرت في المجلة الضوئيات النانوية من خلال التغيير السريع لمؤشر الانكسار – نسبة سرعة الإشعاع الكهرومغناطيسي في الوسط مقارنة بسرعته في الفراغ – يمكن إنشاء بلورات زمنية فوتونية (PTCs) في المنطقة القريبة من الطيف المرئي.

يقترح مؤلفو الدراسة أن القدرة على الحفاظ على PTCs في المجال البصري يمكن أن يكون لها آثار عميقة على علم الضوء، مما يتيح تطبيقات مدمرة حقًا في المستقبل.

PTCs، المواد التي يرتفع وينخفض ​​معامل انكسارها بمرور الوقت، هي المعادل الزمني للبلورات الانكسارية، حيث يتأرجح معامل الانكسار بشكل دوري في الفضاء، على سبيل المثال، تقزح المعادن الثمينة وأجنحة الحشرات.

الإعداد التجريبي لقياس الانكسار الزمني في نظام الدورة الواحدة. الائتمان: إيران لوستيج وآخرون.

تكون PTC مستقرة فقط إذا تغير معامل انكسارها وفقًا لدورة واحدة من الموجات الكهرومغناطيسية عند التردد ذي الصلة، لذلك، تم العثور على PTCs حتى الآن عند نهاية التردد المنخفض للطيف الكهرومغناطيسي: مع موجات الراديو.

في الدراسة الجديدة، أرسل المؤلف الرئيسي موردخاي سيغيف من معهد التخنيون الإسرائيلي للتكنولوجيا في حيفا، إسرائيل، وفلاديمير شاليف وألكسندرا بولتاشيفا من جامعة بوردو، إنديانا، الولايات المتحدة الأمريكية، وفريقهم نبضات قصيرة جدًا (5-6 فيمتوثانية). من خلال مواد أكسيد موصلة شفافة لضوء الليزر بطول موجة 800 نانومتر.

أدى ذلك إلى تغير سريع في معامل الانكسار، والذي تم فحصه باستخدام شعاع ليزر مسبار عند أطوال موجية 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) حتى عاد معامل انكسار المادة إلى قيمته الطبيعية.

تم تمرير مخططات طيفية للإرسال لنبضات مسبار تبلغ 44 fs لنبضات المغير ذات عروض زمنية مختلفة عبر عينة ITO. الائتمان: إيران لوستيج وآخرون.

الوقت المستغرق لكل من هذه التغييرات في معامل الانكسار قصير – أقل من 10 فمتوثانية – وبالتالي، خلال دورة واحدة مطلوب لإنتاج معامل الانكسار الثابت.

قال سيجيف: “عادةً ما تتطلب الإلكترونات المثارة بطاقة عالية في البلورات استرخاءً أكثر من عشرة أضعاف لحالتها الأساسية، ويعتقد العديد من الباحثين أن الاسترخاء الأسي الذي نلاحظه هنا كان مستحيلاً”. “ما زلنا لا نفهم بالضبط كيف يحدث ذلك.”

يضيف المؤلف المشارك شاليف أن القدرة على الحفاظ على PTCs في المجال البصري، كما هو موضح هنا، “ستفتح فصلاً جديدًا في العلوم البصرية وتمكن من التطبيقات المدمرة حقًا”. ومع ذلك، بما أن الفيزيائيين في الستينيات كانوا على دراية بالتطبيقات المحتملة لليزر، لم نكن نعرف ما هي هذه التطبيقات.

ملحوظة: إيران لوستيج، أوهاد سيجال، سوهام ساها، إلياهو بوردو، سارة ن. شودري، يوناتان شرابي، أفنير فلايشر، ألكسندرا بولتاسيفا، أورين كوهين، فلاديمير م. شاليف ومورتيك شاليف ومورتيك شاليف “بصريات انكسار الزمن مع تعديل دورة واحدة” 31 مايو 2023، الضوئيات النانوية.
DOI: 10.1515/نانوف-2023-0126

تم تمويل هذا البحث من قبل مؤسسة الأبحاث الألمانية.