科学家创造了光子时间晶体，这是一种独特的材料，可以放大光线，并可能增强激光、传感器和通信技术。

这些晶体表现出基于时间的振荡，能够实现光的指数级放大，其潜在应用领域从高端传感到通信不等。

光子时间晶体

科学家们成功设计出逼真的光子时间晶体——一种能够成倍放大光线的奇异材料。这一突破由国际研究团队取得，为通信、成像和传感等领域带来了变革性的可能，为更快、更紧凑的激光器、传感器和其他光学技术奠定了基础。

“这项工作可能会促成光子时间晶体的首次实验实现，推动其走向实际应用，并有可能改变相关产业，”芬兰阿尔托大学的助理教授维克塔·阿萨德奇表示。“从高效光放大器、先进传感器到创新激光技术，这项研究挑战了我们控制光物质相互作用的边界。”

时间晶体的理解与应用

光子时间晶体是一种独特的光学材料。与传统晶体在空间上具有重复结构不同，这些晶体在空间上保持均匀，但随时间周期性振荡。这种特性产生了“动量带隙”，在这种特殊状态下，光在晶体内部有效暂停，而光强呈指数增长。为了说明这种非凡的相互作用，可以想象光每秒钟在空气和水之间交替穿行数万亿次——这是一种挑战传统光学认知并揭示全新可能性的现象。

光子时间晶体的一项潜在应用是纳米传感。

“设想一下，我们想要检测小颗粒的存在，比如病毒、污染物或癌症等疾病的生物标志物。这些颗粒在被激发时会以特定波长发射出少量光。光子时间晶体可以捕获这些光并自动将其放大，从而使用现有设备实现更高效的检测，”阿萨德奇（Asadchy）说道。

克服技术挑战

由于需要材料特性极快速的同时又具备大幅度的变化，创建用于可见光的光子时间晶体一直是个巨大的挑战。迄今为止，由同一研究团队成员开发出的光子时间晶体的最先进的实验演示仅限于频率远低的微波。在最新研究中，该团队通过理论模型和电磁模拟，首次提出了实现“真正光学”光子时间晶体的实用方法。他们预测，通过使用一系列微小的硅球体，先前无法实现的放大光所需的特殊条件最终可通过已知的光学技术在实验室中实现。

该团队由来自阿尔托大学、东芬兰大学、卡尔斯鲁厄理工学院和哈尔滨工程大学的研究人员组成。该研究于11月12日发表在《自然·光子学》上。

参考文献：王歆、P. Garg、M. S. Mirmoosa、A. G. Lamprianidis、C. Rockstuhl和V. S. Asadchy于2024年11月12日在《自然·光子学》上发表的“通过共振扩展光子时间晶体中的动量带隙”。DOI：10.1038/s41566-024-01563-3