Вчені щойно зробили ще один крок до кристалів часу, які можна використовувати в практичних цілях. Нова експериментальна робота дозволила отримати кристал часу при кімнатній температурі в системі, яка не ізольована від навколишнього середовища.
Дослідники кажуть, що робота прокладає шлях до кристалів часу розміром з чіп, які можна використовувати в реальних умовах, далеко від дорогого лабораторного обладнання, необхідного для їх роботи.
«Коли ваша експериментальна система обмінюється енергією з навколишнім середовищем, розсіювання і шум працюють рука об руку, щоб зруйнувати тимчасовий порядок», - говорить інженер Хоссейн Тахері з Каліфорнійського університету в Ріверсайді. «У нашій фотонній платформі система забезпечує баланс між посиленням і втратами для створення і збереження кристалів часу».
Кристали часу, іноді також звані кристалами простору-часу, існування яких було підтверджено лише кілька років тому, настільки ж захоплюючі, як і випливає з назви. Це фаза матерії, дуже схожа на звичайні кристали, але з однією дуже важливою додатковою властивістю.
У правильних кристалах складові атоми розташовані у фіксованій тривимірній сітчастій структурі - хорошим прикладом є атомна решітка кристала алу або кварцу. Ці повторювані решітки можуть відрізнятися за конфігурацією, але всередині даної формації вони не дуже сильно переміщуються; вони повторюються тільки просторово.
У кристалах часу атоми поводяться трохи інакше. Вони вагаються, обертаючись спочатку в одну, а потім в іншу сторону. Ці коливання, які називають «тіканням», прив'язані до регулярної і певної частоти. Якщо структура правильних кристалів повторюється в просторі, то в часових кристалах вона повторюється в просторі і в часі.
Для вивчення кристалів часу вчені часто використовують бозе-ейнштейновські конденсати магнонних квазічастинок. Вони повинні зберігатися при надзвичайно низьких температурах, дуже близьких до абсолютного нуля. Для цього потрібне дуже спеціалізоване, складне лабораторне обладнання.
У своєму новому дослідженні вчені створили кристал часу без переохолодження. Їх кристали часу являли собою повністю оптичні квантові системи, створені при кімнатній температурі. По-перше, вони взяли крихітний мікрорезонатор, диск з фтористого магнієвого скла всього в один міліметр в діаметрі. Потім вони бомбардували цей оптичний мікрорезонатор променями двох лазерів.
Субгармонічні сплески (солітони), що виникають через частоти, генеровані двома лазерними променями, вказували на створення кристалів часу. Система створює обертову решітчасту пастку для оптичних солітонів, які потім проявляють періодичність.
Щоб зберегти цілісність системи при кімнатній температурі, команда використовувала блокування самоін'єкції, метод, який гарантує, що вихідний сигнал лазера підтримує певну оптичну частоту. Це означає, що система може бути переміщена з лабораторії і використана в польових умовах, кажуть вчені.
На додаток до потенційних майбутніх досліджень властивостей кристалів часу, таких як фазові переходи і взаємодія кристалів часу, система може бути використана для нових вимірювань самого часу. Одного разу кристали часу можуть бути навіть інтегровані в квантові комп'ютери.
Дослідження команди було опубліковано в Nature Communications. «All-optical dissipative discrete time crystals».
