来自阿尔托大学、卡尔斯鲁厄理工学院 (KIT) 和斯坦福大学的一组研究人员创造了在微波频率下运行的光子时间晶体。该团队已经证明，这些晶体可以放大电磁波——比如照射在它们身上的光。这为包括激光、集成电路和无线通信在内的技术提供了潜在的应用。
将光子时间晶体 (PhTC) 的维数从 3D 结构减少到 2D 结构，使团队能够实际创建 PhTC 并通过实验验证对其行为的理论预测。“我们证明了光子时间晶体可以以高增益放大入射光，”该研究的主要作者 Xuchen Wang 解释说，他曾是阿尔托大学的博士生，目前在 KIT 工作。“在光子时间晶体中，光子以随时间重复的模式排列。这意味着晶体中的光子是同步和相干的，这会导致光的相长干涉和放大。” 展示的超表面 PhTC 可以通过消除通常用于激光腔的体镜来简化激光设计。
另一个应用源于以下发现：二维光子时间晶体不仅会放大从周围空间撞击它们的电磁波，而且还会放大沿表面传播的波。通过充当已知会遭受严重损失的表面波信号的放大器，PhTC 可以为未来的通信做出重要贡献。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，并且信号强度会降低，”Viktar Asadchy 教授说，他提出了二维光子时间晶体的想法。“通过将二维光子时间晶体集成到系统中，可以放大表面波，提高通信效率。”
通过放大电磁波，二维光子时间晶体还可以使无线发射器和接收器更强大或更高效。用二维光子时间晶体涂层表面也有助于信号衰减——无线传输中的一个重要问题。所提出的概念不仅限于微波频率——它可以使用可调二维材料和光学频率，使用非线性效应，潜在地扩展到亚赫兹频率。
光子时间晶体 (PhTC) 由诺贝尔奖获得者 Frank Wilczek 于 2012 年首次提出，是一种人造材料，其电磁特性（如介电常数或磁导率）在时间上周期性地快速调制，同时在空间上保持均匀。PhTC 的光学特性在单周期时间尺度上表现出强烈的周期性变化。传统的天然晶体具有在空间中重复的结构图案，而在时间晶体中，该图案在时间上重复。最近的实验成功地创造了 PhTC。2022 年，阿尔托大学的研究人员创造了可用于量子设备的配对时间晶体。
