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時間晶體研究實現重大突破

研究人員使用掃描透射X射線顯微鏡記錄下室溫環境裡由磁振子製成的時間晶體的振盪。他們說,這是時間晶體研究的重大突破。

波蘭亞當·米基維奇大學的物理學家帕維爾·格魯茲凱基說:「我們能夠證明這種時空晶體比最初認為的更牢固和具有更大的震盪範圍。我們的晶體在室溫下會凝結,並且會與粒子相互作用,這與孤立的系統不同。此外,它的規格已經可以用具備了可能的應用性。那無疑將帶來很多技術上的突破」

時間晶體,有時也稱為時空晶體,其存在性直到幾年前才被確認。正如其名稱所暗示的那樣,它們令人著迷——與普通晶體非常相似,但還具有非同尋常的特性。

在規則晶體中,原子組成固定的三維網格結構——考慮鑽石或石英晶體的原子晶格。這些重複的晶格可以在構造上有所不同,但是在給定的構造中,它們不會偏差態度:它們在空間上自我重複。

在時間晶體中,原子的行為略有不同。它們振盪,首先朝一個方向旋轉,然後朝另一個方向旋轉。這些振盪被鎖定在規則的特定頻率上。因此,與規則晶體的結構在空間中重複一樣,時間晶體在空間和時間中自我重複。

為了研究時間晶體,科學家經常使用超冷的玻色-愛因斯坦磁子准粒子的冷凝物。磁振子不是真正的粒子,而是由電子自旋聚集激發所組成的看起來仿若粒子一樣的東西——就像通過自旋晶格傳播的波一樣。

格魯茲凱基和同事、德國馬克斯·普朗克智能系統研究所的物理學博士生Nick Träger領導的團隊做了一些不同的事情。他們在天線上放置了一條磁坡莫合金,可以通過它發送射頻電流。

電流在帶材上產生振盪磁場,電磁波從兩端傳播到帶材上。這些波刺激了帶鋼中的磁振子,然後這些運動的磁振子凝結成重複的圖案。

「我們讓時空上周期性地重複出現磁子振盪模式,最終,模式傳播了出去。因此,我們能夠證明時間晶體可以與其他准粒子相互作用。還沒有其它人能夠在實驗中直接顯示這一點,更不用說記錄在視頻中了。」

視頻顯示了通過鋼帶傳播的磁波;在德國柏林Helmholtz Zentrum的BESSY II同步加速器輻射設施中使用MAXYMUS X射線顯微鏡以每秒400億幀的速度拍攝。

時間晶體應在長時間內保持穩定和相干,因為理論上講,它們以最低的能量狀態振盪。該團隊的研究表明,驅動的鎂質時間晶體可以輕鬆操縱,從而為重新配置時間晶體開闢了新途徑。這可以為一系列實際應用打開物質的狀態。

馬克斯·普朗克智能系統研究所的物理學家約阿希姆·格拉夫說:「古典晶體的應用領域非常廣泛。現在,如果晶體不僅可以在空間上,也可以在時間上相互作用,那麼應用範圍將極度擴張。在通信,雷達或成像技術領域裡,時間晶體的潛力是十分巨大的。」

他們的論文已發表在《物理評論快報》上。

責任編輯: 葉淨寒  來源:煎蛋網 轉載請註明作者、出處並保持完整。

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