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May 19, 2023

이 거울은 빛이 시간에 따라 이동하는 방식을 반전시킵니다.

빛은 거울에 반사될 수 있고, 표면에서는 소리가 날 수 있습니다. 그러나 과학자들은

빛은 거울에 반사될 수 있고, 표면에서는 소리가 날 수 있습니다. 그러나 과학자들은 시간 "인터페이스"를 통과하는 신호가 시간을 거꾸로 이동하는 것처럼 작동하는 시간 반사에 대해 오랫동안 이론을 세워왔습니다. 이제 새로운 연구에서는 처음으로 광파를 통한 시간 반사를 보여줍니다. 이 발견은 무선 통신, 레이더 기술 및 광자 컴퓨팅 분야의 잠재적 응용을 위해 광자 시간 결정체와 같은 빛을 제어하는 ​​새롭고 특이한 방법으로 이어질 수 있습니다.

표준 반사는 신호가 공간의 경계에서 반사될 때 발생합니다. 대조적으로, 시간 반사는 빛이나 음파가 이동하는 전체 매체가 갑자기 광학적 또는 음향 특성을 급격하게 변화시킬 때 발생할 수 있습니다.

이전에 연구자들은 전자기파에 대한 시간 반사를 생성할 수 있는 광자 시간 인터페이스를 생성할 수 있을 만큼 빠르고 강력하며 균일한 방법으로 물질의 광학 특성을 변경할 수 있는 방법을 알지 못했습니다. 이제 60년 간의 연구 끝에 과학자들은 빛에 대한 최초의 시간 인터페이스를 만들었습니다.

광파가 새로운 시간 인터페이스에 진입하고 장치의 광학적 특성이 변경되면 신호는 공간에서 계속 앞으로 이동합니다. 그러나 신호는 반전됩니다. 만약 그것이 말로 표현된다면 거꾸로 재생되는 것처럼 들릴 것입니다. 대조적으로, 기존 반사의 경우 빛이나 음파는 소스로 다시 이동하지만 대부분 반사 전과 동일하게 보이거나 들립니다.

과학자들은 예상치 못한 방식으로 빛을 구부리는 능력과 같이 자연에서 일반적으로 발견되지 않는 특징을 갖도록 설계된 일종의 구조인 메타물질을 사용하여 광자 시간 반사를 달성했습니다. 이러한 연구를 통해 빛, 소리, 열 및 기타 유형의 파동으로부터 물체를 숨길 수 있는 투명 망토가 탄생했습니다.

빛을 조작하도록 설계된 광학 메타물질은 영향을 미치는 빛의 파장보다 작은 규모의 반복 패턴을 가진 구조를 가지고 있습니다. 새로운 연구에서 연구원들은 약 6미터 길이의 구불구불한 금속 조각에 무선 신호를 전송했습니다. 각각 커패시터에 연결된 30개의 전자 스위치 배열이 이 금속 스트립에 연결되었습니다.

새 장치의 이러한 스위치가 동시에 트리거되면 스트립의 임피던스는 약 3나노초 내에 두 배가 됩니다. 재료의 광학 특성이 관련 신호의 시간 변화보다 훨씬 빠르게 변하는 경우 빛에 대한 시간 반사가 발생할 수 있다고 뉴욕 시립 대학 대학원 센터의 전기 엔지니어이자 연구 수석 저자인 Andrea Alù는 말합니다.

또한 새로운 시간 인터페이스는 시간에 따라 광 신호를 늘리거나 압축할 수 있습니다. 이로 인해 이러한 신호의 색상이 갑자기 바뀔 수 있다고 Alù는 지적합니다.

과학자들은 또한 여러 시간 인터페이스를 결합할 수 있음을 보여주었습니다. 결과적으로 "시간판"에서는 신호가 서로 간섭할 수 있습니다. 이 새로운 장치는 통신, 레이저 및 기타 빛 제어 응용 분야에 널리 사용되는 일반적인 Fabry-Pérot 필터의 임시 버전입니다.

연구원들은 시간 인터페이스가 무선 통신, 레이더 기술 및 광학 컴퓨팅에 사용될 수 있다고 제안합니다. 이러한 애플리케이션은 신호 처리를 돕기 위해 신호 순서를 바꾸는 경우가 많습니다. 현재 이러한 시간 역전을 수행하는 가장 일반적인 방법은 디지털 수단을 사용하는 것이지만 이로 인해 시간, 에너지 및 메모리가 요구됩니다. 대조적으로, 시간 인터페이스는 적은 에너지로 매우 빠르게 시간 역전을 가능하게 한다고 Alù는 말합니다.

더욱이, 새로운 시간 인터페이스는 과학자들이 "광자 시간 결정체"와 같은 빛을 제어하는 ​​이국적인 새로운 방법을 개발하는 데 도움이 될 수 있습니다. 일반 결정은 공간에 규칙적인 패턴으로 배열된 많은 원자의 구조인 반면, 기존의 광결정은 처리하도록 설계된 빛의 파장보다 작은 특징을 가지고 있습니다. 이전에 연구자들은 많은 입자가 규칙적인 일련의 운동, 즉 공간이 아닌 시간의 패턴으로 정렬되는 시간 결정도 개발했습니다. 최근 과학자들은 시간이 지남에 따라 광학 특성이 규칙적으로 변하는 광자 시간 결정을 개발했습니다.