23 listopada, 2024

Świat Biotworzyw

Informacje o Polsce. Wybierz tematy, o których chcesz dowiedzieć się więcej

Naukowcy wytwarzają „fałszywą grawitację” za pomocą kryształów fotonicznych

Naukowcy wytwarzają „fałszywą grawitację” za pomocą kryształów fotonicznych

Naukowcy zmanipulowali światło, aby zachowywało się tak, jakby działało na nie grawitacja, używając odkształcalnych kryształów fotonicznych, co umożliwiło postęp w optyce i komunikacji 6G.

Manipulowanie zachowaniem światła za pomocą fałszywej grawitacji

Wspólna grupa badaczy manipulowała zachowaniem światła tak, jakby znajdowało się pod wpływem grawitacji. Wyniki opublikowano w czasopiśmie Przegląd fizyczny które odbędzie się 28 września 2023 r., będzie miało daleko idące implikacje dla świata optyki i materiałoznawstwa oraz będzie miało znaczenie w rozwoju komunikacji 6G.

Obraz koncepcyjny anamorficznego kryształu fotonicznego

Koncepcyjny obraz odkształcalnego kryształu fotonicznego i kryształu fotonicznego. Źródło: K. Kitamura i in.

Teoria Einsteina i fałszywa grawitacja

Teoria względności Alberta Einsteina od dawna dowodzi, że droga fal elektromagnetycznych – w tym światła i terahercowych fal elektromagnetycznych – może zostać odchylona przez pola grawitacyjne. Naukowcy przewidzieli niedawno teoretycznie, że odtworzenie skutków grawitacji – czyli pseudograwitacji – jest możliwe poprzez odkształcenie kryształów w obszarze niskiej energii (lub częstotliwości).

„Postanowiliśmy zbadać, czy zniekształcenie sieci w kryształach fotonicznych może powodować efekty pseudograwitacyjne” – powiedziała profesor Kyoko Kitamura z Wyższej Szkoły Inżynierskiej Uniwersytetu Tohoku.

Kryształy fotoniczne zaginają światło w układzie eksperymentalnym

Wyniki konfiguracji eksperymentalnej i symulacji ścieżki wiązki w DPC. Źródło: © K. Kitamura i in.

Rola kryształów fotonicznych

Kryształy fotoniczne mają unikalne właściwości, które umożliwiają naukowcom manipulowanie i kontrolowanie zachowania światła, działając jako „kontrolerzy ruchu” światła w kryształach. Są zbudowane poprzez okresowe ułożenie dwóch lub więcej różnych materiałów o różnych zdolnościach do interakcji i spowalniania światła w regularny, powtarzający się wzór. Ponadto w kryształach fotonicznych zaobserwowano efekty pseudograwitacyjne wynikające ze zmian adiabatycznych.

Kitamura i jej współpracownicy zmodyfikowali kryształy fotoniczne, wprowadzając zniekształcenie sieci: stopniowe zniekształcenie regularnych przestrzeni między pierwiastkami, zakłócając przypominający sieć wzór kryształów protonów. Zmanipulowało to strukturę pasm świetlnych kryształów, w wyniku czego uzyskano zakrzywioną ścieżkę wiązki pośrodku – zupełnie jak wiązka światła przechodząca przez masywne ciało niebieskie, takie jak Czarna dziura.

Kryształy fotoniczne zaginają eksperymentalne wyniki światła

Wyniki eksperymentów, przy różnicy transmisji pomiędzy portem B i C, wyraźnie pokazują ugięcie wiązki w DPC. Źródło: K. Kitamura i in.

Szczegóły eksperymentu i jego implikacje

W swoim eksperymencie naukowcy wykorzystali odkształcalny krzemowy kryształ fotoniczny o elementarnej stałej sieci wynoszącej 200 mikrometrów i fale terahercowe. Doświadczenia z powodzeniem wykazały ugięcie tych fal.

„Tak jak grawitacja zagina tor obiektów, tak znaleźliśmy sposób na zaginanie światła wewnątrz niektórych materiałów” – dodaje Kitamura. „Sterowanie wiązką w płaszczyźnie w zakresie terahercowym można wykorzystać w komunikacji 6G. Z naukowego punktu widzenia wyniki pokazują, że kryształy fotoniczne mogą wykorzystywać efekty grawitacyjne, otwierając nowe ścieżki w dziedzinie fizyki grawitonu” – powiedział profesor nadzwyczajny Masayuki Fujita z Uniwersytetu w Osace.

Odniesienie: „Diffraction of Electromagnetic Waves by Pseudo-Gravity in Deformable Photonic Crystals” autorstwa Kanji Nanjyo, Yuki Kawamoto, Hitoshi Kitagawa, Daniel Hedland, Masayuki Fujita i Kyoko Kitamura, 28 września 2023 r., Przegląd fizyczny.
doi: 10.1103/PhysRevA.108.033522

READ  W końcu wiemy, dlaczego należąca do NASA sonda kosmiczna Voyager 1 przestała się komunikować, a naukowcy pracują nad rozwiązaniem problemu