Кристал - це тверде тіло, атоми або молекули якого регулярно розташовані в певній структурі. Якщо подивитися на нього в мікроскоп, можна виявити атом або молекулу завжди з однаковими інтервалами. Це схоже на кристали простору-часу: в яких повторювана структура існує не тільки в просторі, але і в часі. Найменші компоненти постійно знаходяться в русі, поки після певного періоду вони знову не приведуть у вихідний стан.
У 2012 році лауреат Нобелівської премії з фізики Франк Вільчек відкрив симетрію матерії в часі. Його вважають першовідкривачем цих так званих кристалів часу, хоча як теоретик він передбачив їх тільки гіпотетично. Відтоді кілька вчених шукали матеріали, в яких спостерігається це явище. Той факт, що кристали простору-часу дійсно існують, був вперше підтверджений у 2017 році. Однак розміри структур становили всього кілька нанометрів, і вони утворювалися тільки при дуже низьких температурах нижче -250 ° C. Той факт, що вчені тепер досягли успіху у відображенні відносно великих просторово-часових кристалів розміром в кілька мікрометрів на відео при кімнатній температурі, вважається новаторським. Але також тому, що вони змогли показати, що їх просторово-часовий кристал, що складається з магнонів, може взаємодіяти з іншими магнонами, які стикаються з ним.
"Ми взяли регулярно повторювану структуру магнонів в просторі і часу, відправили більше магнонів, і вони в кінцевому підсумку розсіялися. Таким чином, ми змогли показати, що кристал часу може взаємодіяти з іншими квазічастинками. Ніхто ще не зміг показати це безпосередньо в експерименті, не кажучи вже про відео ".
Нік Трегер, докторант Інституту інтелектуальних систем Макса Планка
У своєму експерименті вчені помістили смужку магнітного матеріалу на мікроскопічну антену, через яку вони пропустили радіочастотний струм. Це мікрохвильове поле викликало осцилююче магнітне поле, джерело енергії, яке стимулювало магнони в смузі - квазічастинку спинової хвилі. Магнітні хвилі мігрували в смугу ліворуч і праворуч, спонтанно згущуючись у повторюваний візерунок у просторі і часі. На відміну від тривіальних стоячих хвиль, цей візерунок сформувався ще до того, як дві схожі хвилі змогли зустрітися і перетнутися. Патерн, який регулярно зникає і з'являється знову сам по собі, повинен бути квантовим ефектом.
Унікальність відкриття ще й у використанні рентгенівської камери, яка не тільки дозволяє бачити фронти хвиль з дуже високою роздільною здатністю, яка в 20 разів краща, ніж кращий світловий мікроскоп. Але також може навіть робити це зі швидкістю до 40 мільярдів кадрів на секунду, а також з надзвичайно високою чутливістю до магнітних явищ.
"Ми змогли показати, що такі кристали простору-часу набагато більш надійні і широко поширені, ніж передбачалося. Наш кристал конденсується при кімнатній температурі, і частинки можуть взаємодіяти з ним на відміну від ізольованої системи. Більш того, він досяг розміру, який можна було б використовувати, щоб щось зробити з цим магнонним кристалом простору-часу. Це може призвести до безлічі потенційних застосувань "
Павло Грушецький, науковець з фізичного факультету Університету Адама Міцкевича в Познані
Класичні кристали мають дуже широку область застосування. Тепер, якщо кристали можуть взаємодіяти не тільки в просторі, але і в часі, вчені можуть додати ще один вимір можливих додатків. Потенціал технологій зв'язку, радарів і зображень у такої технології величезний.
Читати також:
Фізики створили аналог чорної діри і підтвердили теорію Гокінга. До чого це призведе?
Вчені виявили межу швидкості в квантовому світі.
Аборти і наука: що буде з дітьми, яких народять.