Pasinaudoję periodinių sistemų teikiamais pranašumais fizikai aprašė, kaip būtų galima efektyviai apsukti laike elektromagnetinius impulsus. Kadangi laike apgręžti impulsai juda lyg laikas tekėtų atgal, laiko apgręžimas reiškia, kad yra panaikinami visi impulso iškraipymai ar sklaida, patirti ankstesniais laikotarpiais, nepriklausomai nuo aplinkos, kuria impulsas judėjo.
Pasinaudoję periodinių sistemų teikiamais pranašumais fizikai aprašė, kaip būtų galima efektyviai apsukti laike elektromagnetinius impulsus. Kadangi laike apgręžti impulsai juda lyg laikas tekėtų atgal, laiko apgręžimas reiškia, kad yra panaikinami visi impulso iškraipymai ar sklaida, patirti ankstesniais laikotarpiais, nepriklausomai nuo aplinkos, kuria impulsas judėjo.
Pasinaudojus šiais rezultatais, galimybę laike apgręžti plataus spektrinio intervalo impulsus būtų galima panaudoti medicinos ultragarso tyrimuose, optinėje komunikacijoje, kuriant super lęšius, gaunant biologinių audinių vaizdus, ultrasparčioje plazmonikoje. Taikomumas gali būti praplėstas ne tik optiniuose įrenginiuose, kadangi siūloma schema nesiremia jokia idėja, kuri yra būdinga tik šviesai. Toks rezultatų universalumas atveria kelius laiko tėkmės apgręžimą panaudoti ir sistemose, kurios dabar yra nepasiekiamos, pavyzdžiui, kvantinės sistemos.
Tyrimą atliko mokslų daktaras Jonatanas Sivanas (Yonatan Sivan) bei profesorius Seras Džonas Pendris (žinomas savo pionieriniais darbais kuriant nematomumo apsiaustus). Abu mokslininkai dirba Imperatoriškajame Londono koledže (Imperial College London). Jų darbas buvo atspausdintas „Physical Review Letters“ žurnale.
Fotoninių kristalų juostinė struktūra, kuri leidžia šviesos impulsui sklisti priešinga kryptimi. Šviesos impulsų sklidimo kryptis parodyta raudonomis rodyklėmis. Mokslininkai aprašė schemą, kuri, naudodama tokią juostinę struktūrą, apgręžia šviesos impulsus laike su šimtaprocentiniu efektyvumu
Iki šiol laiko apgręžimas buvo demonstruotas impulsams, turintiems santykinai siaurą spektrinį intervalą. Iš kitos pusės, schemos, kurios nagrinėjo laiko apgręžimą plataus spektrinio intervalo impulsams, naudojo sudėtingus metodus. Todėl tokias schemas buvo sudėtinga įgyvendinti ir tai darė jas neefektyviomis.
Naujoji pasiūlyta schema atveria naujus kelius efektyviam kelių ciklų impulsų apgręžimui laike. Naudojami įrenginiai, kuriuos lengva gaminti ir naudoti. Siūlomas metodas remiasi dinaminiu greičio reguliavimu fotoniniuose kristaluose, kurie pasižymi nuliniu draustinės juostos tarpu. Mokslininkai paaiškino, draustinės juostos tarpas reiškia energiją ar dažnių juostą, kurioje bangos negali sklisti. Šios savybės yra būdingos periodinėms sistemoms, tokioms kaip fotoniniai kristalai. Kai draustinės juostos plotis yra lygus nuliui, tai tokia medžiaga pradinis impulsas gali sklisti nepatirdamas nuokrypio.
„Nulinio draustinės juostos pločio struktūra pasižymi dvejomis įdomiomis savybėmis, – paaiškino Sivanas. – Pirmiausia, tokia struktūra yra efektyvi homogeniška aplinka, tai yra ji priima į save visus krentančius impulsus. Standartinis fotoninis kristalas, turintis baigtinį draustinės juostos tarpą, atspindėtų daugelį krentančių impulsų. Kitas svarbus dalykas yra susijęs su arti esančių dviejų juostų egzistavimu. Tada energija tarp šių juostų gali būti perduodama naudojant santykinai lėtas moduliacijas.“
Paprasčiausias idealiai simetriškos nulinio draustinės juostos tarpo sistemos pavyzdys yra viendimensinis fotoninis kristalas, turintis du sluoksnius, kurių kiekvieno plotis yra lygus ketvirčiui bangos ilgio. Tokios struktūros yra dažnai naudojamos padengiant paviršius siekiant sumažinti jų atspindžio koeficientą. Mokslininkai apskaičiavo, kad realiu laiku keičiant bangų greitį medžiagoje, trumpi impulsai, sklindantys tokios struktūros viduje, gali būti apgręžti laike su šimtaprocentiniu efektyvumu.
„Ankstesni pasiūlymai naudoti dinamiškai reguliuojamus fotoninius kristalus laiko apgręžimui buvo sukurti Janiko (Yanik) ir Feno (Fan) iš Stenfordo (Stanford) universiteto, – pasakė Sivanas. – Jų schemoje buvo panaudoti impulsai, kurie buvo trumpesni nei kelios dešimtosios pikosekundės. Taip pat buvo reikalinga labai sudėtinga struktūra. Jų darbas mus įkvėpė. Tai yra mes manome, kad didžiausia mūsų darbo reikšmė susijusi su šių dviejų problemų išsprendimu. Mūsų schemoje naudojama labai paprasta struktūra ir ji gali būti panaudota žymiai trumpesniems impulsams.“
Ateityje mokslininkai tikisi patobulinti savo metodą ir jį praplėsti elektromagnetiniams impulsams. „Planuojame pratęsti tyrimus kitoms struktūroms, kurios būtų paprastesnės ir efektyvesnės, – pasakė Sivanas. – Taip pat norėtume eksperimentiškai pademonstruoti savo idėją. Kai kurie darbai šiomis kryptimis yra jau pradėti.“
