Мы все видели кристаллы, будь то простая крупинка соли или сахара, или сложный и красивый аметист. Эти кристаллы состоят из атомов или молекул, повторяющихся в симметричном трехмерном узоре, называемом решеткой, в которой атомы занимают определенные точки в пространстве. Например, образуя периодическую решетку, атомы углерода в алмазе нарушают симметрию пространства, в котором они находятся. Физики называют это «нарушением симметрии».
Ученые недавно обнаружили, что подобный эффект можно наблюдать во времени. Нарушение симметрии, как следует из названия, может возникнуть только там, где существует какая-то симметрия. Во временной области циклически меняющаяся сила или источник энергии естественным образом создают временной паттерн.
Нарушение симметрии происходит, когда система, движимая такой силой, сталкивается с моментом дежа вю, но не с таким же периодом, как у силы. «Кристаллы времени» в последнее десятилетие рассматривались как новая фаза материи, а совсем недавно наблюдались в сложных экспериментальных условиях в изолированных системах. Эти эксперименты требуют чрезвычайно низких температур или других строгих условий, чтобы свести к минимуму нежелательные внешние воздействия, называемые шумом.
Чтобы ученые больше узнали о кристаллах времени и использовали их потенциал в технологиях, им необходимо найти способы создавать кристаллические состояния времени и поддерживать их стабильность за пределами лаборатории.
Передовые исследования, проведенные Калифорнийским университетом в Риверсайде и опубликованные на этой неделе в Nature Communications , позволили наблюдать кристаллы времени в системе, которая не изолирована от окружающей среды. Это крупное достижение приближает ученых на один шаг к разработке кристаллов времени для использования в реальных приложениях .
«Когда ваша экспериментальная система обменивается энергией с окружающей средой, рассеяние и шум работают рука об руку, чтобы разрушить временной порядок», — сказал ведущий автор Хоссейн Тахери, доцент кафедры электротехники и вычислительной техники в Калифорнийском университете в Риверсайде Марлан и Розмари Борнс. Инженерный колледж. «В нашей фотонной платформе система обеспечивает баланс между усилением и потерями для создания и сохранения кристаллов времени».
Полностью оптический кристалл времени реализован с использованием дискового резонатора из фтористого магниевого стекла диаметром один миллиметр. При бомбардировке двумя лазерными лучами исследователи наблюдали субгармонические всплески или частотные тоны между двумя лазерными лучами, что указывало на нарушение временной симметрии и создание кристаллов времени.
Команда под руководством UCR использовала технику, называемую самофиксацией двух лазеров в резонаторе, чтобы добиться устойчивости к воздействию окружающей среды. Признаки повторяющегося во времени состояния этой системы можно легко измерить в частотной области. Таким образом, предлагаемая платформа упрощает изучение этой новой фазы материи.
Без необходимости в низкой температуре система может быть перемещена за пределы сложной лаборатории для полевых приложений. Одним из таких приложений может быть высокоточное измерение времени. Поскольку частота и время являются математическими обратными значениями друг друга, точность измерения частоты обеспечивает точное измерение времени.
«Мы надеемся, что эту фотонную систему можно будет использовать в компактных и легких источниках радиочастот с превосходной стабильностью, а также для точного хронометража», — сказал Тахери.
Статья Nature Communications в открытом доступе называется «Всеоптические диссипативные кристаллы дискретного времени ». К Тахери в исследовании присоединились Андрей Б. Мацко из Лаборатории реактивного движения НАСА, Люте Малеки из OEwaves Inc. в Пасадене, Калифорния, и Кшиштоф Саха из Ягеллонского университета в Польше.
Теги: кристалл
