Los científicos todavía están descifrando los entresijos de materiales extraños conocidos como cristales de tiempo; estructuras que zumban con movimiento por la eternidad. Ahora, una nueva cepa podría ayudar a profundizar nuestra comprensión del desconcertante estado de la materia.
Así como los cristales regulares son átomos y moléculas que se repiten en un volumen de espacio, los cristales de tiempo son colecciones de partículas que marcan patrones en un lapso de tiempo en formas que inicialmente parecen desafiar a la ciencia.
Teorizado en 2012 antes de ser observado por primera vez en el laboratorio cuatro años después, los investigadores han estado ocupados jugando con las estructuras para investigar los fundamentos más profundos de la física de partículas y descubrir aplicaciones potenciales.
En este último estudio, se ha creado un nuevo tipo de cristal de tiempo «fotónico». Al operar en frecuencias de microondas, es capaz de reducir y amplificar las ondas electromagnéticas, lo que promete aplicaciones futuras en sistemas de comunicación inalámbrica, desarrollo de láser y circuitos electrónicos.
«En un cristal de tiempo fotónico, los fotones se organizan en un patrón que se repite con el tiempo», dicho el autor principal Xuchen Wang, un nanoingeniero del Instituto de Tecnología de Karlsruhe en Alemania.
«Esto significa que los fotones en el cristal están sincronizados y son coherentes, lo que puede provocar una interferencia constructiva y una amplificación de la luz».
Además, el equipo de investigación descubrió que las ondas electromagnéticas que viajan a lo largo de las superficies podrían amplificarse, así como las ondas del entorno circundante.
El centro de la investigación es un enfoque 2D basado en láminas ultrafinas de materiales artificiales conocidas como metasuperficies. Anteriormente, la investigación de cristales de tiempo fotónicos se basaba en materiales 3D a granel: hacer y estudiar estos materiales es extremadamente difícil para los científicos, pero el cambio a 2D significa un camino más rápido y más fácil hacia la experimentación, y para descubrir cómo se podrían aplicar estos cristales en la vida real. -Configuración mundial.
Aunque son más simples que las estructuras 3D completas, comparten algunas características importantes con los cristales de tiempo fotónicos y pueden imitar su comportamiento, incluida la forma en que interactúan con la luz. Esta es la primera vez que los cristales fotónicos del tiempo han amplificado la luz de esta manera particular y en un grado tan significativo.
«Descubrimos que reducir la dimensionalidad de una estructura 3D a una estructura 2D hizo que fuera mucho más fácil de implementar, lo que hizo posible realizar cristales de tiempo fotónicos en la realidad». dicho Wang.
Aunque las aplicaciones del mundo real aún están muy lejos, el enfoque de usar metasuperficies 2D como un medio para producir y examinar cristales fotónicos de tiempo hará que este tipo de investigación sea mucho más fácil en el futuro.
El descubrimiento de la amplificación de ondas electromagnéticas a lo largo de las superficies, por ejemplo, podría eventualmente ayudar a mejorar los circuitos integrados que se encuentran en todas partes, desde teléfonos hasta automóviles: la comunicación dentro de estos circuitos sería potencialmente más rápida y transparente.
Luego están las comunicaciones inalámbricas, que pueden sufrir una disminución de la señal a distancia (razón por la cual es posible que no pueda obtener Wi-Fi en la parte superior de su casa). Recubrir las superficies con cristales de tiempo fotónicos 2D promete mejorar esta situación.
“A medida que una onda de superficie se propaga, sufre una pérdida de material y la intensidad de la señal se reduce”. dicho Viktar Asadchy, físico de la Universidad Aalto de Finlandia.
«Con los cristales de tiempo fotónicos 2D integrados en el sistema, la onda superficial se puede amplificar y mejorar la eficiencia de la comunicación».
La investigación ha sido publicada en Los científicos progresan.
