Radikálne nový časový kryštál dosiahol významný rekord

Výskumníci z Technickej univerzity v Dortmunde vyrobili polovodič z arzenidu india a gália, ktorý vytvoril rekord v čase trvania oscilácií časového kryštálu. Tím sa snažil posunúť tento jav za hranicu niekoľkých milisekúnd. Oscilácie v experimente, ktoré trvali najmenej 40 minút, prekonali všetky ostatné v tejto triede a stanovili nový štandard v oblasti. Oscilácie mali podobu interakcií medzi obiehajúcimi elektrónmi s určitým spinom a stavom ich atómových jadier.

Oscilácie stavov sa opakujú spôsobom, ktorý zodpovedá kritériám pre tzv. spojitý časový kryštál. Časový kryštál, ktorý pred viac ako desiatimi rokmi hypoteticky navrhol renomovaný fyzik Frank Wilczek ako teoreticky možnú zvláštnosť prírody, je pre čas tým, čím sú diamanty, zafíry a kremene pre priestor – opakujúcimi sa jednotkami hmoty. Zatiaľ čo diamant je vzor atómov uhlíka v troch priestorových dimenziách, časový kryštál je určitým druhom zmeny štruktúry opakujúcej sa v čase.

Na prvý pohľad znie oscilácia hmoty uväznenej v akejsi večnej pasci trochu podozrivo. Vedci sa však nenechali odradiť a hľadali v materiáloch známky chvenia a kmitania, ktoré sa nedajú vysvetliť konvenčnou fyzikou. A odvtedy narazili na viaceré príklady aktivity časových kryštálov v rôznych súvislostiach. Tie majú zvyčajne formu nejakého cudzieho taktu v inak lineárnom rytme, ktorý poskytuje systém, a nie riadený tlak zvonku.

Napriek tomu si tieto tzv. diskrétne časové kryštály stále vyžadujú nejaký druh vonkajšieho tempa, ktoré určuje rytmus v pozadí. Spojitý časový kryštál sa Wilczekovej vízii podobá o niečo viac. Aj keď je stále potrebná energia na doplnenie tej, ktorá sa zo systému stráca, jej zdroj nie je viazaný na žiadne pravidlá samotného času, pôsobí ako vánok, ktorý rozhojdá zvonkohru na niekoľko nečakaných cinknutí. Molekulárna „zvonkohra“ v tomto experimente bola účelovo navrhnutým materiálom, ktorý sotva dokázal viesť prúd.

Vzťah medzi voľne držanými elektrónmi a spinmi jadier v ich mriežke atómov umožňuje vznik pomalého vzoru tam a späť, vyskytujúceho sa spôsobom, ktorý možno opísať len ako nelineárny. Prostredníctvom drobných zmien podmienok, napríklad zmenou okolitého magnetického poľa alebo zmenou teploty, sa môžu oscilácie medzi elektrónom a jadrom dramaticky zmeniť z niekoľkých sekúnd na takmer minútu. 

Keďže výskumníci nezaznamenali žiadne známky poklesu oscilácií počas 40-minútových meraní, dospeli k záveru, že tento jav by mohol pretrvávať celé hodiny, ak nie dlhšie. Predtým bolo pozorované kontinuálne správanie časových kryštálov trvajúce niekoľko milisekúnd v kvantovej hmle superchladných plynov známych ako Boseho-Einsteinove kondenzáty. Najnovší experiment s prvou polovodičovou verziou otvára cestu k novým druhom hardvéru, ktoré poskytujú presné merania frekvencie. Tento výskum bol uverejnený v časopise Nature Physics.

Zdroj: sciencealert.com.