Cristal photonique temporel 2D: vers une amplification inimaginable de la 5G ?

Imaginez un matériau capable d'amplifier la lumière et d'améliorer les communications sans fil. Des chercheurs ont conçu un tel matériau, appelé cristal photonique temporel bidimensionnel, qui pourrait révolutionner les technologies de transmission et de laser. Mais comment fonctionne-t-il, et quelles sont ses implications?


Ne vous y trompez pas, les cristaux photoniques temporels sont différents des cristaux temporels quantiques, une phase de la matière proposée en 2012. Les deux partagent la caractéristique d'avoir des motifs structuraux évoluant dans le temps, mais les cristaux photoniques temporels sont des matériaux artificiels et ne sont pas nécessairement en état quantique.

Les chercheurs ont longtemps éprouvé des difficultés à créer et manipuler des cristaux photoniques temporels 3D, mais une équipe a récemment réussi à réduire leur épaisseur à seulement 2 millimètres. Leur cristal amplifie la lumière à des fréquences micro-ondes, selon une étude publiée dans Science Advances.

En modifiant les propriétés électromagnétiques d'une métasurface, les scientifiques ont créé un cristal photonique temporel 2D, plus fin, léger et facile à fabriquer que son homologue 3D. Les cristaux photoniques sont des structures optiques dont la capacité à réfracter la lumière change périodiquement, permettant d'amplifier les ondes lumineuses de manière exceptionnelle.

Les applications potentielles de cette découverte concernent la plupart des dispositifs exploitant la photonique. Par exemple, les signaux sans fil pourraient être améliorés en recouvrant les appareils de cristaux photoniques temporels 2D, renforçant ainsi la puissance des signaux.

Bien que le cristal actuel n'amplifie que les fréquences micro-ondes, une légère modification de sa conception pourrait permettre de l'utiliser pour des fréquences millimétriques, comme celles employées dans les communications 5G.

Seul le temps dira si cette technologie est évolutive et performante hors d'un laboratoire.

Publications

Metasurface-based realization of photonic time crystals
Science Advances - https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adg7541

It's a matter of time
Nature Photonics - https://www.nature.com/articles/s41566-023-01163-7