科技
全球首個光子時間晶體開創光控新紀元
在傳統晶體中，原子在空間中呈週期性排列。光子時間晶體（PTC）則完全不同：它在時間而非空間中創造週期性模式。通過以與光本身振盪相當的速度快速改變材料的光學性質，科學家可以讓光表現出在普通材料中看似不可能的行為。如今，法國巴黎綜合理工學院的團隊建造了首個全光學光子時間晶體——僅使用光來觸發時間週期性調製——這是世界首創。
這項發表於 2026 年 7 月的突破，為以前所未有的速度和精度控制太赫茲輻射——電磁波譜中介於微波和紅外線之間的部分——打開了大門。太赫茲波長期以來一直備受高速通信、安全掃描和醫學成像領域的青睞，但由於傳統電子設備無法在太赫茲頻率下工作，控制它們一直很困難。
工作原理
研究人員建造了一種裝置，利用強紅外雷射脈衝在半導體材料中誘發快速、週期性的折射率變化。這種時間上的週期性變化創造了一個「光子時間晶體」——一個光子隨時間變化的晶格。當太赫茲光穿過這種時間結構化的介質時，其性質——包括反射率、透射率和共振頻率——在皮秒時間尺度上被調製。
與需要物理結構特徵小於光波長的傳統光子晶體不同，時間晶體方法純粹通過時間調製實現其效果，無需納米加工。全光學設計意味著不需要電子元件，避免了限制傳統設備的速度瓶頸。
為何重要
超快光學開關。在皮秒速度下調製太赫茲光的能力，可催生新一代用於數據通信的光學開關和調製器，可能將數據傳輸速率推至當前極限以上。
無需雷射諧振腔的雷射新路徑。光子時間晶體可以通過一種稱為時間增益的機制放大光，這可能導致不需要傳統光學諧振腔的新型雷射器——或「時間雷射器」。
探索基礎物理的平台。時間晶體方法為在可控環境中研究時間反演對稱性破缺、非厄米光學和類霍金輻射等現象提供了實驗平台。