Buzz
Các tinh thể quang tử tự nhiên xuất hiện trên vỏ Trái Đất dưới nhiều hình thức và đã được nghiên cứu từ đầu thế kỷ 20.
Tinh thể quang tử là một cấu trúc quang học đều được hình thành từ môi trường được sắp xếp tuần hoàn với các chỉ số khác nhau. Do có dải cấm quang tử, nó có thể ngăn chặn các photon có tần số cụ thể, ảnh hưởng đến chuyển động của chúng. Hiệu ứng này tương tự như trong tinh thể bán dẫn với các electron. Vì vậy, việc điều khiển photon có thể thông qua tinh thể quang tử, ví dụ như việc tạo ra máy tính quang.
Tinh thể quang tử không chỉ điều khiển sự truyền ánh sáng mà còn mô phỏng hành vi của ánh sáng trong trường hấp dẫn mạnh. Những thay đổi về hình dạng hoặc kích thước của tinh thể quang tử sẽ làm thay đổi cấu trúc dải và thế năng hiệu dụng của nó. Nếu chọn đúng thông số, chúng ta có thể làm cho thế năng hiệu dụng này tương tự như trường hấp dẫn, và để ánh sáng đi theo quỹ đạo cong - đây là hiệu ứng giả hấp dẫn.
Hiệu ứng giả hấp dẫn là hiện tượng mà một loại tinh thể mới bẻ cong ánh sáng giống như lỗ đen, làm cho ánh sáng đi chệch khỏi đường thẳng thông thường của nó. Hiện tượng này có thể được sử dụng trong công nghệ truyền thông 6G. Bởi vì các tinh thể bắt chước những gì xảy ra khi ánh sáng đi qua lỗ đen và các vật thể khác trong không gian cực kỳ đậm đặc.
Theo thuyết tương đối của Einstein, ánh sáng và các sóng điện từ khác bị ảnh hưởng bởi trọng lực. Điều này được gọi là thấu kính hấp dẫn và được sử dụng để nghiên cứu các vật thể không gian có khối lượng lớn như chuẩn tinh.
Để mô phỏng hiện tượng này trong môi trường phòng thí nghiệm, các nhà khoa học đã nghiên cứu vật liệu tinh thể. Họ đã tận dụng sự lệch trục vít của tinh thể để tạo ra các dây nano xoắn ốc như cây thông. Nghiên cứu này là lần đầu tiên kỹ thuật xoắn Escherby được sử dụng để tạo ra các tinh thể từ các lớp chất bán dẫn hai chiều xếp chồng lên nhau có độ dày nguyên tử.
Nhóm nghiên cứu đã dần dần xoắn những tinh thể này, phá vỡ mạng tinh thể, sau đó truyền một chùm tia xuyên qua và quan sát độ lệch của chúng. Họ phát hiện rằng đường đi của ánh sáng bên trong tinh thể rất giống với trong trường hấp dẫn mạnh. Họ cũng phát hiện rằng góc mà ánh sáng bị lệch có liên quan đến mức độ biến dạng của tinh thể.
Kitamura cho biết: “Giống như trọng lực làm cong quỹ đạo của một vật thể, chúng tôi đã tìm ra cách bẻ cong ánh sáng bên trong một vật liệu cụ thể”.
Điều khiển ánh sáng theo cách này là một con đường tiềm năng cho công nghệ truyền thông thế hệ tiếp theo. Các nhà nghiên cứu tin rằng việc điều khiển ánh sáng một cách sáng tạo là một cách để đạt được những tần số này. Vật liệu mới cũng có thể có ứng dụng trong nghiên cứu.
Masayuki Fujita, phó giáo sư tại Đại học Osaka ở Nhật Bản và đồng tác giả của nghiên cứu, cho biết: “Những phát hiện này cho thấy tinh thể quang tử có thể khai thác hiệu ứng hấp dẫn, mở ra một con đường mới trong lĩnh vực vật lý graviton”.
Sự hiện diện của sự lệch trục vít gây ra những thay đổi về tính tuần hoàn của tinh thể, do đó làm thay đổi tính chất quang học của nó. Các nhà nghiên cứu tìm thấy sự tương đồng đáng kinh ngạc giữa công thức này và công thức mô tả trường hấp dẫn. Điều này có nghĩa là sự lệch trục vít có thể mô phỏng tác động của trường hấp dẫn.
Một ví dụ về hiệu ứng này là sự lệch hướng của ánh sáng. Khi ánh sáng truyền qua một tinh thể có sự lệch trục vít, nó sẽ đi theo một đường cong. Đây là hiệu ứng giả hấp dẫn.
Một ứng dụng của hiệu ứng giả hấp dẫn là công nghệ truyền thông 6G. Công nghệ truyền thông 6G đề cập đến công nghệ truyền thông không dây sử dụng dải tần terahertz. Cần có một công nghệ có thể kiểm soát hướng và hình dạng của sóng terahertz một cách hiệu quả.
Hiệu ứng giả hấp dẫn có thể cung cấp một phương tiện như vậy. Bằng cách thay đổi hình dạng hoặc kích thước của tinh thể lệch trục vít, chúng ta có thể thay đổi góc lệch của ánh sáng. Nhờ đó, chúng ta có thể kiểm soát chính xác sóng terahertz. Điều này có lợi cho sự phát triển của công nghệ truyền thông 6G.
Một ứng dụng khác của hiệu ứng giả hấp dẫn là nghiên cứu lực hấp dẫn lượng tử. Lực hấp dẫn lượng tử là một lý thuyết cố gắng thống nhất cơ học lượng tử và thuyết tương đối. Việc xác minh bằng thực nghiệm lực hấp dẫn lượng tử là rất khó vì đòi hỏi những điều kiện khắc nghiệt, như năng lượng cực cao và quy mô cực nhỏ.
Hiệu ứng giả hấp dẫn có thể cung cấp một nền tảng mới cho việc xác minh thực nghiệm lực hấp dẫn lượng tử. Nó cho phép các nhà khoa học mô phỏng tác động của trường hấp dẫn trong phòng thí nghiệm và quan sát hành vi của các photon. Điều này giúp chúng ta khám phá một số hiện tượng và bằng chứng về lực hấp dẫn lượng tử.
Tham khảo: Zhihu
