Физики создали новый тип кристалла, нарушающий привычные представления о времени

Группа ученых из Вашингтонского университета в США разработала уникальный квазикристалл времени — новую фазу материи, в которой частицы следуют строго упорядоченным, но различным ритмам колебаний. Эта разработка нарушает привычные представления о движении и времени. Работа опубликована в научном журнале Physical Review X (PRX).

Что такое временные кристаллы?

В классических кристаллах, таких как алмаз или кварц, атомы выстраиваются в пространстве по определенному повторяющемуся узору. Временные кристаллы отличаются тем, что их структура организована не только в пространстве, но и во времени — их частицы колеблются с четкой периодичностью, напоминая постоянное «тиканье». Это делает их своеобразными кристаллами в четырех измерениях: трех пространственных и одном временном.

Временные кристаллы были впервые экспериментально подтверждены в 2016 году в Университете Мэриленда, но исследователи из Вашингтона пошли еще дальше, создав более сложную версию — квазикристалл времени.

Чем квазикристаллы времени отличаются от обычных?

В стандартных временных кристаллах все частицы колеблются с одной и той же частотой. Однако в квазикристаллах времени они следуют различным, но строго упорядоченным ритмам, напоминая аккорд в музыке вместо одной ноты. Это фундаментально новое свойство делает их потенциально более интересными для квантовой науки.

«Мы уверены, что впервые создали настоящий квазикристалл времени», — отметил ведущий автор исследования Гуанхуэй Хэ.

Как был создан квазикристалл времени?

Исследователи использовали алмаз размером в несколько миллиметров, подвергнув его бомбардировке пучками азота. Это выбило отдельные атомы углерода, создав крошечные пустоты. В этих пустотах оказались захвачены электроны, взаимодействующие друг с другом на квантовом уровне.

В результате в алмазе образовались более миллиона микроскопических пустот (около одной тысячной миллиметра каждая), которые стали ключевым элементом нового квазикристалла. Чтобы запустить колебания, ученые воздействовали на систему микроволновыми импульсами, формируя упорядоченный временной ритм.

Перспективы открытия

Временные кристаллы обладают высокой чувствительностью к магнитным полям и другим квантовым эффектам, что делает их многообещающей основой для новых технологий.

«Создание квазикристалла времени — важный шаг к его применению в квантовых сенсорах и вычислительных системах будущего», — отметил один из авторов исследования Чонг Зу.

Открытие может сыграть ключевую роль в развитии квантовой электроники, обеспечив более стабильные системы хранения и обработки информации.