研究人员已经开发出一种制造光子时间晶体的方法，并表明这些奇异的人造材料放大了照射在它们身上的光。这些发现在《科学进展》上的一篇论文中描述，可能会导致更高效、更强大的无线通信，并显着改进激光器。
时间晶体最早是由诺贝尔奖获得者弗兰克·威尔切克（Frank Wilczek）于2012年构思的。平凡、熟悉的晶体具有在空间中重复的结构模式，但在时间晶体中，图案反而在时间上重复。虽然一些物理学家最初对时间晶体可能存在持怀疑态度，但最近的实验成功地创造了它们。去年，阿尔托大学低温实验室的研究人员创造了对时间晶体，可能对量子器件有用。
现在，另一个团队制造了光子时间晶体，这是基于时间的光学材料版本。研究人员创造了在微波频率下工作的光子时间晶体，他们表明晶体可以放大电磁波。这种能力在各种技术中都有潜在的应用，包括无线通信、集成电路和激光器。
到目前为止，对光子时间晶体的研究主要集中在块状材料上，即三维结构。事实证明，这极具挑战性，而且实验还没有超越没有实际应用的模型系统。因此，包括阿尔托大学，卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）和斯坦福大学的研究人员在内的团队尝试了一种新方法：构建二维光子时间晶体，称为超表面。
“我们发现，将维数从3D减少到2D结构使实现变得更加容易，这使得在现实中实现光子时间晶体成为可能，”该研究的主要作者Xuchen Wang说，他是阿尔托的博士生，目前在KIT。
新方法使该团队能够制造光子时间晶体，并通过实验验证有关其行为的理论预测。“我们首次证明了光子时间晶体可以以高增益放大入射光，”王说。
“在光子时间晶体中，光子以随着时间的推移重复的模式排列。这意味着晶体中的光子是同步和相干的，这可能导致光的建设性干涉和放大，“王解释说。光子的周期性排列意味着它们也可以以促进放大的方式相互作用。
二维光子时间晶体具有一系列潜在的应用。通过放大电磁波，它们可以使无线发射器和接收器更强大或更高效。Wang指出，用2D光子时间晶体涂覆表面也有助于信号衰减，这是无线传输中的一个重大问题。光子时间晶体还可以通过消除对通常用于激光腔的体镜的需求来简化激光设计。
另一个应用来自2D光子时间晶体不仅放大在自由空间中撞击它们的电磁波，而且还放大沿表面传播的波。表面波用于集成电路中电子元件之间的通信。“当表面波传播时，它会遭受材料损失，信号强度降低。通过将2D光子时间晶体集成到系统中，可以放大表面波，并提高通信效率，“王说。
