Вперше створено кристал часу, який можна побачити безпосередньо людським оком, що переливається безліччю неонових смуг. Конструкція цього матеріалу може відкрити цілий світ нових технологічних можливостей, включаючи нові заходи захисту від підробок, генератори випадкових чисел, двовимірні штрих-коди та оптичні пристрої.
Результати дослідження опубліковані у журналі Nature Materials.
«Їх можна спостерігати безпосередньо під мікроскопом, а за особливих умов навіть неозброєним оком», — каже фізик Ханьцін Чжао з Університету Колорадо в Боулдері.
Кристали часу – явище порівняно недавнє. Передбачені у 2012 році американським фізиком-теоретиком Френком Вільчеком, вони спочатку були відкинуті деякими фізиками як концепція, яка ризикувала порушити ключове правило термодинаміки.
Потім у 2016 році група американських фізиків повідомила про те, що спостерігала їх у ході експерименту.
Отже, ось коротка версія. Кристалічні матеріали, такі як алмаз, кварц і сіль, є тривимірними атомними ґратами, що складаються з частинок, що повторюються в просторі, щось на зразок геометричного ігрового комплексу «джунглі», де атоми знаходяться в стиках. Ви можете взяти будь-яку ділянку решітки та ідеально накласти її на іншу.
Кристал часу – це візерунок з частинок у часовому вимірі: іншими словами, кристали часу повторюються не тільки у просторі, а й у часі. Їх частки коливаються з часом таким чином, що ці коливання теж можна накласти. Що особливо важливо, коливання порушують симетрію часу, діючи, мабуть, попри будь-які ритми в навколишньому середовищі.
Потенціал кристалів часу, як в дослідженнях квантової поведінки, так і в технологічних додатках, дуже вражає. Саме тому вчені люблять досліджувати їх властивості та з'ясовувати, що змушує їх (кхм) працювати.
Чжао та його колега, фізик Іван Смалюх з Університету Колорадо в Боулдері, створили свій кристал часу з рідких кристалів – того ж матеріалу, що використовується у РК-дисплеях, які своєю чергою використовуються в годинниках та телевізорах. Вони складаються зі стрижнеподібних молекул, які поводяться одночасно як рідина та як кристал.
Дослідники помістили рідкий кристал між скляними пластинами, покритими фоточутливим барвником. При освітленні зразка певним типом світла молекули барвника поляризувалися, тобто змінювали свою орієнтацію, чинячи тиск на рідкий кристал.
Цей тиск створював злами в рідкому кристалі, які взаємодіяли один з одним у складній послідовності етапів, створюючи візерунок руху, що повторюється годинами, навіть при зміні освітленості та температури.
Ці візерунки спостерігалися у зразку як хвилеподібні ряди кольорових смуг.
"Все народжується з нічого", - каже Смалюх. «Достатньо посвітити, і виникає цілий світ кристалів часу».
Хоча результати дослідження відповідають суворим вимогам для класифікації як кристал часу, дослідники стверджують, що існує великий потенціал подальшого вивчення властивостей кристала часу у різних системах. Дослідники вважають, що з вивчення того, як кристали часу виявляють себе у різних режимах, може бути виявлено різні набори критеріїв.
Тим часом потенціал практичного застосування, який можна побачити вже зараз, вкрай інтригує.
«Потенційні технологічні застосування в оптичних пристроях, генераторах фотонних кристалів простору-часу, телекомунікаціях та системах захисту від підробок можуть означати початок захопливого рубежу в області кристалів часу та простору-часу, де фундаментальні дослідження можуть сприяти їхньому технологічному застосуванню», — пишуть Чжао та Смалюх.
