新型光子時間晶體　擁有更強大無線通信輸出

編譯／高晟鈞

進十年來，由於半導體雷射等光電元件研發技術的突飛猛進，使得光電產業蓬勃發展。這也促使了半導體光電產業追求更快速、微小化、低耗能且高功率輸出的元件作為發展目標；而光子晶體（Photonic Crystal）的問世成了最好的解答。

化學課本上寫道：「完美的固態晶體具有週期性的原子排列。」，而光子晶體的結構便是以「人工原子」的介電質完美排列而成的。那麼，光子時間晶體又是什麼呢?

2012年，諾貝爾獎獲得者Frank Wilczek首次提出時間晶體的概念。我們熟悉的一般晶體在空間中具有重複的結構模式，而在時間晶體中，這種模式則在「時間」維度上重複。雖然一些物理學家最初質疑時間晶體的存在，但最近的實驗中，阿爾托大學實驗室的研究人員已經成功製造出可用於量子設備的時間晶體。

迄今為止，光子時間晶體的研究主要集中在三維的塊狀材料上，並遭遇了許多瓶頸。而該研究團隊嘗試構建了一個二維光子時間晶體，並使光子時間晶體成為可能。研究人員成功創造了在微波頻率下工作的光子時間晶體。這種晶體可以放大電磁波，並在各種例如無線通信、集成電路、激光技術領域都有著巨大的應用潛力。

「在光子時間晶體中，光子以隨時間重複的模式排列。這意味著晶體中的光子是同步且相干的，這會導致光的相長干涉和放大。」阿爾托大學的博士生Xuchen Wang說道。

二維時間晶體具有一系列的前在應用。例如，通過放大電磁波，它可以使得無線通信更強大與高效。透過在接發收器的表面上塗抹二維光子時間晶體有助於減少訊號衰減的問題。

另外一方面，二維光子時間晶體不僅會放大在自由空間撞擊它們的電磁波，也會放大沿表面傳播的電磁波。而表面波是集成電路中，各電子元件通信的方式，在傳導時，會被材料吸收而導致信號強度減弱。而二維光子時間晶體可以很好地放大表面波，提高通信效率。

資料來源:Phys.org

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