Cristais fotônicos do tempo gerados a partir de mudanças rápidas na luz laser: WebCuriosos

Cientistas que fazem experiências com algumas das leis mais fundamentais da física encontraram mais evidências do que chamam de cristais fotônicos do tempo (PTCs): materiais nos quais a velocidade com que a luz se move (o índice de refração) oscila muito rapidamente.

Já sabemos muito mais sobre cristais fotônicosonde um padrão repetido em um material cria uma mudança no índice de refração sobre uma área do espaço; você pode ver isso no brilho das asas dos insetos ou nos minerais preciosos. Com os PTCs, também é introduzido o elemento de mudança ao longo do tempo.

Aqui, os pesquisadores treinaram lasers em dois materiais conhecidos como óxidos condutores transparentesque permitem a passagem da luz e ao mesmo tempo conduzem eletricidade. Eles usaram os lasers para alterar rapidamente o índice de refração por períodos inferiores a 10 femtossegundos (ou seja, 10 quatrilionésimos de segundo).

Os pesquisadores observaram mudanças significativas na frequência da luz e na tempo de relaxamento leve (o tempo necessário para o índice de refração voltar ao normal), dependendo da espessura do material e da velocidade com que o índice de refração foi alterado.

“Os elétrons excitados com alta energia em cristais geralmente precisam de dez vezes mais tempo para relaxar de volta aos seus estados fundamentais, e muitos pesquisadores pensaram que o relaxamento ultrarrápido que observamos aqui seria impossível,” diz o físico Mordechai Segev, do Instituto de Tecnologia Technion-Israel.

“Ainda não entendemos exatamente como isso acontece.”

Se sua cabeça ainda não está doendo por causa da física de alto nível aqui, há mais de um tipo de efeito fotônico cristal do tempo. A pesquisa aqui é separada dos cristais fotônicos do tempo que podem manipular a luz para vários propósitos avançados.

Até agora, estes tipos de PTCs só foram observados usando ondas de rádioque têm frequências muito mais baixas do que as ondas de luz – quanto mais rápidas as ondas passam, maior é a frequência. Manter os PTCs estáveis ​​depende do aumento e da diminuição do índice de refração no espaço de um único ciclo de onda eletromagnética.

Isso é muito mais desafiador no reino super-rápido das ondas de luz, o que é parte do que torna esses experimentos tão interessantes. Os pesquisadores não conseguiram observar PTCs no espectro de luz visívelmas eles chegaram perto.

Como diz Segev, não está claro exatamente por que isso está acontecendo ou como poderá eventualmente ser usado, mas estamos falando de abrir novos caminhos na física – um “novo capítulo na ciência da luz”, de acordo com Vladimir Shalaev, eletricista. engenheiro da Purdue University, nos EUA.

“Nossas descobertas… abrem caminho para a observação de cristais fotônicos do tempo em frequências ópticas e muitos outros fenômenos envolvendo limites de tempo,” escrever os pesquisadores em seu artigo publicado.

A pesquisa foi publicada em Nanofotônica.