Развијте временске кристале за употребу у апликацијама у стварном свету

Временски кристали који трају неограничено на собној температури могу имати примену у прецизном мерењу времена.

Сви смо видели кристале, било да је у питању зрно соли или шећера, или сложен и прелеп аметист. Ови кристали се састоје од атома или молекула који се понављају у симетричном тродимензионалном узорку који се назива решетка, где атоми заузимају одређене тачке у простору. Формирањем периодичне решетке, атоми угљеника у дијаманту, на пример, разбијају симетрију простора у коме се налазе. Физичари то називају „кршењем симетрије“.

Научници су недавно открили да се сличан ефекат може видети на време. Кршење симетрије, као што име говори, може се појавити само ако постоји нека врста симетрије. У временском домену, сила или извор енергије који се периодично мењају природно стварају временски образац.

До кршења симетрије долази када систем покретан овом силом доживи деја ву тренутак, али Не Са истим периодом снаге. ‘Временски кристали’ су се у протеклој деценији истраживали као нова фаза материје, а недавно су посматрани под сложеним експерименталним условима у изолованим системима. Ови експерименти захтевају изузетно ниске температуре или друге строге услове како би се минимизирали нежељени спољни утицаји.

Да би научници научили више о временским кристалима и искористили њихов потенцијал у технологији, морају да пронађу начине за производњу и одржавање стања временских кристала стабилним ван лабораторије.

Најсавременије истраживање које је водио Универзитет Калифорније у Риверсајду објављено је ове недеље у Натуре Цоммуницатионс Сада приметите временске кристале у систему који није изолован од свог окружења. Ово велико достигнуће доводи научнике корак ближе развоју временских кристала за употребу у стварним апликацијама.

„Када ваш експериментални систем има размену енергије са околином, дисипација и бука раде у тандему како би уништили временски поредак“, рекао је главни аутор Хосеин Тахери, доцент за електротехнику и рачунарство у Марлану и Розмери Бернс. Факултет инжењерских наука. „У нашој оптичкој платформи, систем успоставља равнотежу између добитка и губитка за стварање и одржавање временских кристала.“

Унапредујући идеју коју је изнео нобеловац Френк Вилчек пре деценију, тим истраживача на челу са ванредним професором Универзитета Калифорније на Риверсајду Хосеином Тахеријем демонстрирао је нове временске кристале који трају неограничено на собној температури, упркос губитку буке и енергије.

Потпуно фотонска временска кристализација се постиже коришћењем стакленог резонатора од магнезијум флуорида у облику диска пречника једног милиметра. Када су два ласерска зрака бомбардована, истраживачи су приметили субхармоничне шиљке, или тонове фреквенције између два ласерска зрака, што указује на прекид временске симетрије и стварање временских кристала.

Тим предвођен УЦР-ом користио је технологију која се зове ласерско самоубризгавање у резонатор да би се постигла издржљивост против утицаја околине. Сигнатуре стања временског понављања овог система могу се лако измерити у фреквенцијском домену. Предложена платформа на тај начин поједностављује проучавање ове нове фазе питања.

Без потребе за нижом температуром, систем се може преместити ван комплексне лабораторије за примену на терену. Једна таква примена може бити веома тачна мерења времена. Зато што су понављање и време математички одраз једно другог,[{“ attribute=““>accuracy in measuring frequency enables accurate time measurement.

“We hope that this photonic system can be utilized in compact and lightweight radiofrequency sources with superior stability as well as in precision timekeeping,” said Taheri.

Reference: “All-optical dissipative discrete time crystals” by Hossein Taheri, Andrey B. Matsko, Lute Maleki and Krzysztof Sacha, 14 February 2022, Nature Communications.
DOI: 10.1038/s41467-022-28462-x

Taheri was joined in the research by Andrey B. Matsko at NASA’s Jet Propulsion Laboratory, Lute Maleki at OEwaves Inc. in Pasadena, Calif., and Krzysztof Sacha at Jagiellonian University in Poland.