Vyvíjejte časové krystaly pro použití v aplikacích v reálném světě

Časové krystaly, které přetrvávají neomezeně při pokojové teplotě, mohou mít uplatnění v přesném měření času.

Všichni jsme viděli krystaly, ať už to bylo zrnko soli nebo cukru, nebo propracovaný a krásný ametyst. Tyto krystaly se skládají z atomů nebo molekul, které se opakují v symetrickém trojrozměrném vzoru zvaném mřížka, kde atomy zabírají určité body v prostoru. Vytvářením periodické mřížky atomy uhlíku v diamantu například narušují symetrii prostoru, ve kterém sedí. Fyzici tomu říkají „narušení symetrie“.

Vědci nedávno zjistili, že podobný efekt lze pozorovat i časem. Narušení symetrie, jak název napovídá, se může objevit pouze tehdy, je-li přítomen nějaký druh symetrie. V časové oblasti periodicky se měnící síla nebo zdroj energie přirozeně vytváří časový vzor.

K porušení symetrie dochází, když systém řízený touto silou zažije moment déjà vu, ale Ne Se stejnou dobou síly. „Časové krystaly“ byly v posledním desetiletí sledovány jako nová fáze hmoty a nedávno byly pozorovány za složitých experimentálních podmínek v izolovaných systémech. Tyto experimenty vyžadují extrémně nízké teploty nebo jiné přísné podmínky, aby se minimalizovaly nežádoucí vnější vlivy.

Aby se vědci dozvěděli více o časových krystalech a využili jejich potenciál v technologii, musí najít způsoby, jak vyrábět a udržovat stavy časových krystalů stabilní mimo laboratoř.

Tento týden byl zveřejněn špičkový výzkum vedený Kalifornskou univerzitou v Riverside Příroda komunikace Nyní si všimněte časových krystalů v systému, který není izolovaný od svého okolí. Tento významný úspěch přivádí vědce o krok blíže k vývoji časových krystalů pro použití v aplikacích v reálném světě.

„Když si váš experimentální systém vyměňuje energii s okolím, rozptyl a hluk pracují v tandemu na zničení časového řádu,“ řekl hlavní autor Hossein Taheri, odborný asistent elektrotechniky a počítačového inženýrství na Marlan and Rosemary Burns. Vysoká škola inženýrská. „V naší optické platformě systém vytváří rovnováhu mezi ziskem a ztrátou pro vytváření a udržování časových krystalů.“

Tým výzkumníků pod vedením docenta Hosseina Taheriho z University of California Riverside prosazuje myšlenku, kterou před deseti lety předložil nositel Nobelovy ceny Frank Wilczek, a prokázal nové časové krystaly, které přetrvávají neomezeně dlouho při pokojové teplotě, navzdory hluku a ztrátě energie.

Celofotonové časové krystalizace je dosaženo pomocí diskového rezonátoru z fluoridu hořečnatého skla o průměru jeden milimetr. Když byly bombardovány dva laserové paprsky, výzkumníci pozorovali subharmonické hroty nebo frekvenční tóny mezi dvěma laserovými paprsky, což naznačuje přerušení časové symetrie a vytvoření časových krystalů.

Tým pod vedením UCR použil technologii nazývanou laserový samoinjekční zámek v rezonátoru, aby dosáhl odolnosti vůči vlivům prostředí. Časově opakující se stavové signatury tohoto systému lze snadno měřit ve frekvenční doméně. Navrhovaná platforma tak zjednodušuje studium této nové fáze otázky.

Bez potřeby nižší teploty lze systém přemístit mimo složitou laboratoř pro terénní aplikace. Jednou z takových aplikací může být velmi přesné měření času. Protože opakování a čas jsou vzájemným matematickým odrazem,[{“ attribute=““>accuracy in measuring frequency enables accurate time measurement.

“We hope that this photonic system can be utilized in compact and lightweight radiofrequency sources with superior stability as well as in precision timekeeping,” said Taheri.

Reference: “All-optical dissipative discrete time crystals” by Hossein Taheri, Andrey B. Matsko, Lute Maleki and Krzysztof Sacha, 14 February 2022, Nature Communications.
DOI: 10.1038/s41467-022-28462-x

Taheri was joined in the research by Andrey B. Matsko at NASA’s Jet Propulsion Laboratory, Lute Maleki at OEwaves Inc. in Pasadena, Calif., and Krzysztof Sacha at Jagiellonian University in Poland.