RW Space

Впервые физики запечатлели загадочное состояние материи на видео.

Используя сканирующий рентгеновский микроскоп, группа исследователей зарегистрировала колебания временного кристалла, сделанного из магнонов, при комнатной температуре. По их словам, это значительный прорыв в изучении кристаллов времени.

«Мы смогли показать, что такие кристаллы пространства-времени гораздо более стабильны, чем предполагалось», — сказал физик Павел Грушецкий из Университета Адама Мицкевича в Польше.

«Наш кристалл конденсируется при комнатной температуре, и частицы могут взаимодействовать с ним — в отличие от изолированной системы. Более того, он достиг размера, который можно было бы использовать, чтобы что-то сделать с этим магнонным кристаллом пространства-времени. Это может привести к множеству потенциальных открытий».

Кристаллы времени, иногда также называемые кристаллами пространства-времени, существование которых было подтверждено лишь несколько лет назад, так же увлекательны, как следует из названия. Они очень похожи на обычные кристаллы, но с удивительными свойствами.

В обычных кристаллах составляющие атомы расположены в фиксированной трехмерной сеточной структуре — представьте атомную решетку кристалла алмаза или кварца. Эти повторяющиеся решетки могут различаться по конфигурации, но внутри данного образования они не перемещаются: они повторяются только пространственно.

В кристаллах времени атомы ведут себя немного иначе. Они колеблются, вращаясь сначала в одном направлении, а затем в другом. Эти колебания, называемые «тиканьем», привязаны к определенной регулярной частоте. Итак, если структура обычных кристаллов повторяется в пространстве, то кристаллы времени повторяются в пространстве и времени.

Для изучения временных кристаллов ученые часто используют сверххолодные конденсаты Бозе-Эйнштейна магнонных квазичастиц. Магноны не являются настоящими частицами, но состоят из коллективного возбуждения спина электронов — подобно волне, которая распространяется через решетку спинов.

Исследовательская группа во главе с Грушецким и его коллегой, докторантом физики Ником Трегером из Института интеллектуальных систем им. Макса Планка в Германии, сделала нечто иное. Они поместили полоску магнитного пермаллоя на антенну, через которую они могли послать радиочастотный ток.

Этот ток создавал колеблющееся магнитное поле на полосе, по которому с обоих концов распространялись магнитные волны; эти волны стимулировали магноны в полосе, и эти движущиеся магноны затем конденсировались в повторяющийся узор.

«Мы взяли регулярно повторяющийся образец магнонов в пространстве и времени, добавили больше магнонов, и они в конечном итоге рассеялись», — сказал Трегер. «Таким образом, мы смогли показать, что кристалл времени может взаимодействовать с другими квазичастицами. Никто еще не смог показать это непосредственно в эксперименте, не говоря уже о видео».

На видео выше показан фронт магнитной волны, распространяющийся через полосу, снятый со скоростью до 40 миллиардов кадров в секунду с использованием рентгеновского микроскопа MAXYMUS на установке синхротронного излучения BESSY II в Центре им. Гельмгольца в Берлине в Германии.

Кристаллы времени должны быть стабильными и когерентными в течение длительных периодов времени, потому что они — теоретически — колеблются на самом низком уровне энергии. Исследование команды показывает, что управляемыми магнонными кристаллами времени можно легко манипулировать, открывая новый способ реконфигурировать кристаллы времени. Это могло бы открыть данное состояние для ряда практических приложений.

«Классические кристаллы имеют очень широкую область применения», — сказал физик Иоахим Грефе из Института интеллектуальных систем им. Макса Планка.

«Теперь, если кристаллы могут взаимодействовать не только в пространстве, но и во времени, мы добавим еще одно измерение возможных приложений. Потенциал для коммуникационных, радиолокационных технологий или технологий обработки изображений огромен».

Исследование было опубликовано в Physical Review Letters.