Stvorena je nova vrsta vremenskih kristala

Fizičari prvi put stvaraju „otkucavajuće“ vrtnje u vrlo uređenim kristalnim rešetkama

Zapravo, potpuno prirodni kristal: Monoammonijev fosfat iznenađujuće se pokazao kao Ziitkristall. © Michael Marsland / Sveučilište Yale
čitati naglas

"Nemoguće" otkucavanje: Fizičari su otkrili prethodno nepoznati oblik vremenskih kristala - materijala čiji se vrti povremeno okreću kad su pobuđeni. Neobična stvar u tome: ovo "otkucavanje" dogodilo se u vrlo uređenim kristalnim rešetkama bez oštećenja. Upravo to se prije smatralo nemogućim. Sada se teorija takvih vremenskih kristala mora provjeriti i nanovo prepisati.

Kristali poput dijamanta, kvarca ili čak vodenog leda obično se sastoje od pravilne atomske rešetke. Osnovne prostorne jedinice takvih kristala ponavljaju se povremeno. No, 2017. godine fizičari su prvi put uspjeli proizvesti kristale koji također imaju vremensku periodičnost. U tim vremenskim kristalima, spinovi atoma mijenjaju smjer u pravilnim razmacima - „tiktaraju“ poput sata kada su, primjerice, izloženi elektromagnetskom zračenju.

Vremenski kristali, čak i bez nečistoće?

Ali do sada su se vremenski kristali smatrali mogućim samo u materijalima koji imaju nedostatke, a time i nepravilnosti rešetke. Samo uz to, tako da je pretpostavka, sustav bi bio imun na postupno zagrijavanje od strane pokretačkog zračenja. Fizičari mehanizam koji stoji iza njega nazivaju lokalizacijom više tijela. Sada su, međutim, dva istraživačka tima proizvela vremenske kristale visoko naručenih materijala bez oštećenja rešetke.

Sean Barrett sa sveučilišta Yale i njegov tim otkrili su ovo svojstvo, na vlastito zaprepašćenje, čak i u Kristalu svih svjetova - spoju koji se nalazi u mnogim dječjim setovima za rast kristala. "Moj student Jared Rovny uzgajao je kristale monoammonijevog fosfata (MAP) za potpuno drugačiji eksperiment, tako da smo ga imali u laboratoriju", kaže Barett. Istraživači su stoga odlučili bombardirati kristal na sumnju radio impulsima.

"Otkucavanje" atoma fosfora u kristalu

I doista: Kristali MAP počeli su "krpeljiti", kao što su fizičari otkrili magnetskom rezonancom. "Naša kristalna mjerenja bila su nevjerojatno jasna od početka", kaže Barrett. Okretanje atoma fosfora-31 u rešetki se redovito mijenjalo. Njihova frekvencija bila je dva puta veća od pokretačkih radio impulsa. prikaz

Iako je rešetka ovog kristala bila pravilna i nije imala oštećenja, nakon zračenja on je postao vremenski kristal, što su fizičari ranije smatrali nemogućim. "Naši rezultati pokazuju da se u diskretnom setu za rast kristala mogu naći čak i podaci diskretnog vremenskog kristala", kaže Barrett.

Molekule u obliku zvijezde s taktom

Drugi istraživački tim na čelu s Ganesh Sreejith s Indijskog instituta za znanstvena istraživanja u Puneu nije koristio čvrsti kristal, već je u otopini koristio molekule u obliku zvijezde. U tim molekulama oba su središta imala okret, a sateliti raspoređeni oko središta poput satelita. Te su molekule također pokazale kristalnu, naručenu strukturu bez poremećaja.

Kada su istraživači te molekule izložili radio-impulsima, oni su također postali kristali vremena: i njihovi su centrifugi počeli oscilirati dvostruko više od frekvencija pogonskih impulsa. "Spajanje između središta i satelitskog spina rezultira snažnim oscilacijama magnetiziranja u dva perioda", rekli su fizičari.

Tvrda matica za teoretičare

Oba eksperimenta dokazuju da je prethodna teorija vremenskih kristala naizgled nepotpuna. "Ovo predstavlja zagonetku za teoretičare", kaže Barrett. "Još je prerano govoriti kakvo će se rješenje naći za trenutnu teoriju kristala o vremenu, ali ljudi će na tom pitanju raditi barem sljedećih nekoliko godina. "

Uza svu svoju fascinaciju, vremenski kristali nikako nisu fenomen za osnovna istraživanja. Oni također imaju vrlo praktičnu upotrebu. Ako netko razumije princip njihovog ponašanja, to bi moglo dovesti do poboljšanja atomskog sata, žiroskopa i magnetometra, kako objašnjavaju znanstvenici. Za kvantne tehnologije, vremenski kristali mogli bi igrati važnu ulogu. (Physical Review Letters, 2018; doi: 10.1103 / PhysRevLett.120.180603; doi: 10.1103 / PhysRevLett.120.180602)

(Sveučilište Yale / APS, 04.05.2018. - NPO)