Podivné „časové krystaly“ jsou konečně viditelné

Podivné „časové krystaly“ jsou konečně viditelné

Podle Elizabeth Gibney A Přírodní časopis

Časový krystal je forma hmoty, která vykazuje nepřetržité, opakující se vzory v průběhu času, podobně jako atomy v normálním opakování krystalu v prostoru. Příklady kdysi existovaly pouze v komplexní, kvantová hmota, Ale nyní fyzici našli způsob, jak vytvořit časový krystal, který lze za určitých podmínek vidět pouhým okem.

Výkon, který dosáhli fyziků na University of Colorado Boulder, a publikovaný v Přírodní materiály Dne 4. září, zahrnovaly tekuté krystaly-molekuly ve tvaru baru s vlastnostmi mezi tekutinou a pevnými. Jednoduše zazářením světla na tekutých krystalech vytvořil tým vlnky kroucení molekul skrze ně. Ripples se stále pohybovaly celé hodiny, zvlněné s výrazným rytmem, i když vědci změnili podmínky. Rytmus byl také mimo synchronizaci s jakoukoli příchozí silou – naplnění dvou definujících kritérií pro čas krystalu.

Ačkoli některé z těchto chování tekutých krystalů již bylo známo, nikdo předtím neuvažoval, zda by mohlo být využito k vytvoření časového krystalu, říká Young-Ki Kim, vědec o materiálech na Pohang University of Science and Technology v Jižní Koreji.

O podpoře vědecké žurnalistiky

Pokud se vám tento článek líbí, zvažte podporu naší oceněné žurnalistiky předplatné. Zakoupením předplatného pomáháte zajistit budoucnost působivých příběhů o objevech a myšlenkách, které dnes formují náš svět.

Makroskopická škála časového krystalu – na milimetrech do centimetrů napříč – vytváří příležitosti „poskytnout hlubší porozumění“ jevů, říká. Charakteristické vzorce v krystalech by také mohly umožnit, aby se používali v zařízeních proti soustředění, říkají autoři.

Nemožné stroje

Nobelova prize prizenning fyzik Frank Wilczek Nejprve navrhl myšlenku časového krystalu V roce 2012. Wilczekova verze byla téměř jako trvalý pohybový stroj; Něco, co nekonečně cyklovalo ve svém přirozeném klidovém stavu. Tým později zveřejnil příspěvek, který matematicky prokázal, že tento koncept je nemožný, ale vědci brzy zjistili, že jiné druhy časového krystalu byly možné. Objednávané časové krystaly mohl existovat například v bizarních systémech, které byly neustále v tokuspíše než v klidu.

Časové krystaly byly od té doby vyrobeny různými způsoby, pomocí interakce Defekty nanočástic u diamantů, uvězněné ionty a simulovaný v Quantum počítači Google Sycamore. Většina příkladů však byla v mikroskopickém měřítku.

Nejnovější systém zahrnuje záření světla, dokonce i z normální žárovky, na kapalina-krystalickém filmu uvězněném mezi dvěma skleněnými destičkami. Když světlo zasáhne fotocitlivé molekuly barviva na skleněných destičkách, přepínají svou orientaci, která spouští molekuly v tekutém krystalu, aby začaly kroucení.

Mezimolekulární síly mezi molekulami kapalinových krystalů typu tyče znamenají, že obvykle všechny ukazují stejným směrem. Pokud někteří začnou kroužit, to vydá domino efekt: molekuly se přeorientují ve složité interakci, která se pohybuje přes vzorek jako mexická vlna.

Z této polévky molekul vyvstávají stabilní zkroucené útvary, které se chovají jako částice. Tyto částice vzájemně interagují a vytvářejí pozorovatelné vlnky. „Byli jsme překvapeni a nadšeni, když jsme viděli, že takový časový krystalický řád lze snadno pozorovat v systémech měkkých hmot,“ říká Ivan Smalyukh, fyzik na University of Colorado Boulder, který vedl práci.

Aby se podrobně sledoval molekulární tanec, autoři se podívali na časový krystalický systém pomocí druhu mikroskopu, který přenáší pouze polarizované světlo. Množství světla, které prochází skrz, závisí na vyrovnání molekuly a odhaluje vlnky časového krystalu jako sérii tmavých a jasných pruhů.

Časový krystal udržoval svůj výrazný rytmus celé hodiny, i když vědci měnili jeho teplotu a intenzitu světla. Protože nastavení může být vyladěno tak, aby vytvořilo vzory, které jsou centimetry napříč, lze ten účinek vidět pouhým okem, i když s menším kontrastem a rozlišením než u mikroskopu, říká Smalyukh.

Protože se vzorec mění v prostoru i čase, systém je technicky prostorovým krystalem, říkají autoři. Nepochybně se hodí k definici časového krystalu, přidává smalyukh, ale představuje otázku, zda i jiné periodické efekty zapadají také do účtu.

Autoři tvrdí, že tyto časové krystaly nejsou jen zvědavost. Tenké vrstvy krystalu by mohly být zabudovány do bankovních poznámek jako způsob, jak ověřit jejich autentičnost. Světlo procházející hromádkami různých krystalů, každý s jiným charakteristickým vzorem, by vytvořilo nejen zvlnění v jednom směru, ale měnící se 2D čárový kód, který by byl nesmírně obtížné padělat a mohl by být také použit k ukládání informací.

„Právě teď nechceme omezit aplikace,“ dodal Smalyukh ve svém prohlášení. „Myslím, že existují příležitosti k prosazení této technologie ve všech druzích pokynů.“

Tento článek je reprodukován se svolením a byl poprvé publikováno 15. září 2025.

Je čas postavit se za vědu

Pokud se vám tento článek líbil, rád bych požádal o vaši podporu. Vědecký Američan sloužil jako obhájce vědy a průmyslu po dobu 180 let a právě teď může být nejkritičtějším okamžikem v této historii dvou století.

Byl jsem Vědecký Američan Předplatitel od svých 12 let a pomohlo to utvářet způsob, jakým se dívám na svět. Dejte mi vědět Vždy mě vzdělává a potěší a inspiruje pocit úcty pro náš obrovský, krásný vesmír. Doufám, že to také pro vás.

Pokud Přihlaste se k odběru Vědecký AmeričanPomáháte zajistit, aby naše pokrytí bylo soustředěno na smysluplný výzkum a objev; že máme zdroje na podávání zpráv o rozhodnutích, která ohrožují laboratoře po celé USA; a že podporujeme začínající i pracující vědce v době, kdy se hodnota samotné vědy příliš často nerozpoznala.

Na oplátku získáte základní zprávy, Upmasující podcastyBrilantní infografika, zpravodaje nemohu vynechatMust-Watch videa, náročné hrya nejlepší psaní a hlášení vědeckého světa. Můžete dokonce Darujte někomu předplatné.

Nikdy nebylo důležitější čas, abychom se postavili a ukázali, proč věda záleží. Doufám, že nás v této misi podpoříte.