Глава 1245. •
С другой стороны, в Китае.
Следить за журналом «Exploration» и новостями о литиево-воздушных аккумуляторах не только зарубежные компании по производству батарей и ученые из сферы энергетики.
Только эта маленькая площадка размером с ногтевую пластину, цена которой составила целых семьсот восемьдесят тысяч.
Несмотря на то, что искусственное синтезирование сапфиров не является редкой технологией, создание сапфировых пластин с чистотой более 99,9999999% - задача не из легких.
Требования к качеству подложки для этого эксперимента были очень высокими, поэтому пришлось заказать ее у производителя с жестким контролем качества.
Управляя оборудованием и используя устройство с микро-излучателями поляризации, Сю Чуань постепенно направлял две лучи света разного цвета с орбитальным угловым моментом в сильный турбулентный поток на сапфировую подложку.
Это было сделано на основе концепции «искусственного периодического электромагнитного структуры на основе свойств фотонов», выведенной с помощью суперкомпьютера для бесконечного квантового расчета.
Теоретически, лучи света с орбитальным угловым моментом в сильном турбулентном потоке должны были деградировать до Хопфа-цепных колец, что было подтверждено численными расчетами на суперкомпьютере с помощью моделирования теплового воздушного турбулентного канала и фазовой маски Кольмогорова.
Эта стадия заключалась в создании на сапфировой подложке структуры «источника упорядочения» на нанометровом уровне.
Это являлось «ядром» материала «фотонный временной кристалл».
Сначала формируется одномерная структура «источника упорядочения» на нанометровом уровне, а затем этот набор инструментов расширяется до Хопфа-кристалла света, что позволяет разблокировать многомерные кодировочные схемы, эластичную связь, стратегии захвата атомов и новые взаимодействия света с веществом. В результате создается многомерный материал «фотонный временной кристалл».
Да.
«Фотонный временной кристалл» - это одна из областей, которую Сю Чуань выбрал для расширения своих исследований в материаловедении, а именно то, чем он занимается сейчас.
Это также относительно более реализуемый способ преодоления существующих теоретических основ разработки материалов по сравнению с экстремально плотными материалами и материалами квантовой дегенерации.
С точки зрения теории, это искусственная материалная структура, в которой диэлектрические параметры меняются периодически как во времени, так и в пространстве.
Это развитие идеи фотонных кристаллов, которое включает в себя два дополнительных измерения: время и пространство.
По сравнению с областями исследований, такими как экстремально плотные материалы и квантовые состояния дегенерации, у «фотонного временного кристалла» есть хотя бы какая-то исследовательская база.
В действительности, концепция фотонных кристаллов была предложена еще в конце 80-х годов прошлого века.
Изначально она была выдвинута профессорами Абулоновичем и Джоном в области оптики. Они определяли ее как искусственную периодическую структуру электромагнитного поля с оптическим запретным диапазоном, иногда называемую PBG-фотонным кристаллной структурой.
Из-за того, что размер периода этой структуры сравним с длиной волны центральной частоты «запретного диапазона», эта структура легче реализуется в микроволновом диапазоне, чем в оптическом.
«Фотонный временной кристалл» - это то, как Сю Чуань расширил и развил теорию фотонных кристаллов. Он представляет собой расширение концепции фотонного кристалла на временную ось с целью достижения более точного и гибкого управления светом, электромагнитными волнами, звуковыми волнами и другими видами волн.
Самое главное - это расширение двумерной структуры запрещенных зон фотонных кристаллов до трехмерной структуры блочного материала.
Если это удастся, то этот материал сможет нарушить симметрию пространственного перехода времени, что приведет к тому, что энергия системы больше не будет сохраняться (энергия может быть получена или рассеяна из внешнего модулятора).
Одним из самых заметных признаков является образование запрещенной зоны в пространстве импульсов. Передающие волны будут проявлять экспоненциальный рост или спад.
Это явление связано с физическим феноменом, называемым «временным отражением».
Проще говоря, временное отражение приводит к смещению частоты.
Например, голубой гигантской звезды, которая находится от нас на сотни миллиардов световых лет, излучает свет с более коротким периодом колебаний (синий свет). Но когда эта волна света путешествует через космос в течение сотен миллиардов лет, ее частота смещается. Когда она достигает Земли, длина волны переходит от 450 нанометров (синий свет) до более чем 700 нанометров (красный свет).
Вот почему для наблюдения далеких объектов Вселенной обычно используются инфракрасные телескопы.
Явление временного отражения связано с хроматическими кристаллами. Атомы в хроматических кристаллах образуют узоры, которые повторяются во времени, подобно тому как обычные кристаллы повторяются в пространстве.
Но для временного отражения требуется изменение свойств среды при частотах, превышающих вдвое частоту волны. Это означает, что ключевым препятствием на пути к предотвращению временного отражения является то, что для создания временных граней в материале требуется огромное количество энергии.
Поэтому создание такого материала сводится к его периодической структуре внутри.
В теории, для построения фотонного временного кристалла необходимо добиться того, чтобы свет вел себя по-другому во время своего распространения.
Когда свет и волны проходят через фотонный временной кристалл, определенные частоты света и волн будут блокироваться эффектом запрещенных зон, образуя «зону запрета для световых волн».
Это означает, что фотонный временной кристалл может ограничивать распространение некоторых частот света и волн, в то время как другие частоты могут свободно проходить.
Эта особенность открывает новые возможности для управления световыми волнами.
Представьте себе, что материал способен стабильно и безгранично усиливать световые волны при достаточном энергоснабжении. Каким бы был этот сценарий?
Большинство людей сразу же подумали бы о «высокоэнергетических лазерах», которые были бы непобедимы.
Да!
В теории, фотонный временной кристалл - это именно такой удивительный материал.
Лазеры, эти волшебные лучи света, играют незаменимую роль во многих областях: медицине, промышленном производстве и научных исследованиях.
В медицине они действуют как невероятно точные хирургические инструменты для проведения микрохирургии. В промышленности лазеры с высокой точностью разрезают и спаивают различные материалы.
Но у традиционных лазеров есть свои недостатки. Например, их энергетическая эффективность невысока, как у автомобиля с большим расходом топлива; а качество светового пучка иногда оставляет желать лучшего, как у стрелы, которая летит не прямолинейно.
Появление фотонного временного кристалла открывает новые горизонты для лазерных устройств. Он позволяет добиться более эффективной трансформации энергии, как если бы установили суперэкономичный двигатель в автомобиль.
Кроме того, благодаря точной регулировке определенных частот световых волн, качество луча значительно улучшается, как будто обычная стрела превращается в сверкающую, способную пробить любую преграду.
Фотонный временной кристалл может быть невероятно полезен не только в области лазеров, но и в беспроводной связи, сенсорах и других областях.
Например, беспроводная связь, которая сейчас так же обычна, как воздух, используется для общения по мобильным телефонам, выхода в интернет и т.д.
Но, как и дороги, которые могут быть забиты пробками, радиосигналы во время передачи сталкиваются с различными проблемами. Иногда сигнал ослабевает, как у бегуна, который устал; а иногда он подвергается помехам, как от громкого разговора рядом.
В области беспроводной связи фотонный временной кристалл, как суперскоростная магистраль для радиосигналов, способен усиливать электромагнитные волны, делая передатчики и приемники более мощными.
Например, в отдаленных горных районах, где раньше связь была слабой, благодаря фотонному временному кристалли, мобильная связь может стать такой же стабильной, как в городе.
Кроме того, в местах с высокой концентрацией сигналов, например, в больших торговых центрах или на концертах, он может снизить взаимное interference между сигналами, обеспечивая всем комфортное пользование услугами связи.
Конечно, на начальном этапе разработки практически невозможно создать материал, который бесконечно увеличивал бы амплитуду световых и волновых сигналов.
Но даже если повысить эффективность преобразования сигналов и энергии всего на один процент, это уже будет достаточным доказательством того, что этот путь перспективен.
Именно в этом заключается цель Хсу Чуана: он должен доказать возможность управления кривизной кристалла материала с помощью пересечения общей теории относительности и топологической оптики для создания нового типа материалов, отличного от существующих разработок.