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雷射脉冲引发之光子时间晶体，或可打开光学领域新分支大门

当科学家发现雷射脉冲可在介质中快速引起折射率变化、进而在近可见光波段产生“光子时间晶体（PTC）”时，一条通往光学领域颠覆性新应用的大门似乎悄悄打开了。

科学家对光子晶体（photonic crystal）与时间晶体（time crystal）已有一定程度理解，两者几乎没有共同之处，基本共通点为两者都会随时间推移产生结构。

光子晶体是人工制造的周期性介电结构，由不同折射率的介质周期性排列而成，能阻断特定频率光子进而影响光子运动，或者说，我们将具有“光子频率禁带”的周期性介电结构称为光子晶体;此外，自然界也有光子晶体，可从昆虫翅膀或贵重矿物的闪烁看到此现象。

时间晶体则是一种处于最低能态的粒子重复运动组成之量子系统，相较于一般晶体在空间上周期性重复，时间晶体会在时间上周期性重复而呈现永动状态，比如它们随时间改变，但也会一直回到最初形态。

光子时间晶体（Photonic Time Crystal，PTC）则是电磁特性随时间发生较大变化的材料，或者代表一种特定类型时间晶体，其折射率随时间快速上升、下降，且光子时间晶体类型不只一种。

证明近可见光波段也能存在稳定光子时间晶体

为了保持光子时间晶体稳定，必须使其折射率与特定频率的电磁波单周期保持一致上升下降，因此，迄今科学家只在电磁波谱的最低频率端（无线电波）观察到光子时间晶体，想在光学领域找到光子时间晶体具有相当挑战性。

但根据以色列理工学院科学家 Mordechai Segev、美国普渡大学科学家 Vladimir Shalaev、AlexndraBoltasseva 等人领导的新研究，团队将波长 800 纳米的雷射脉冲穿过透明导电氧化物（TCO），发现每次折射率改变所需时间都很短（不到 10 飞秒），构成形成稳定 PTC 所需的单个周期。

通常，时间晶体中被激发到高能量的电子需 10 倍以上时间才能回到基态，但这次实验发现光的弛豫时间（折射率恢复正常所需时间）极短，基本上是“不可能的事情”。

目前科学家都还不清楚为何发生这种情况，也不清楚它最终如何应用，但可能引发光学领域突破，就像 1960 年代的物理学家开始发现雷射光束能带来哪些实际应用一样，也许是基于雷射的高效粒子加速器、或具有可调角解析度的高灵敏粒子探测器?

新论文发表在《纳米光子学》（Nanophotonics）期刊。