Yeni Buluş, Zaman Kristallerini Laboratuvardan Gerçek Dünyaya Getirebilir

Pratik uygulamalar için kullanılabilecek zaman kristallerine bir adım daha yaklaştık. Yeni deneysel çalışma, çevresinden izole olmayan bir sistemde oda sıcaklığında bir zaman kristali verdi.

Araştırmacılar, bunun, gerçek dünyadaki ortamda, onları çalışır durumda tutmak için gereken pahalı laboratuvar ekipmanlarından uzakta kullanılabilecek çip ölçekli zaman kristallerinin önünü açtığını söylüyor.

Riverside, California Üniversitesi'nden mühendis Hossein Taheri, "Deney sisteminiz çevresiyle enerji alışverişine sahip olduğunda, yayılım ve gürültü, zamansal düzeni yok etmek için el ele çalışır" diyor. "Fotonik platformumuzda sistem, zaman kristalleri yaratmak ve korumak için kazanç ve kayıp arasında bir denge kurar."

Bazen uzay-zaman kristalleri olarak da adlandırılan ve yalnızca birkaç yıl önce var oldukları doğrulanan zaman kristalleri, adından da anlaşılacağı gibi büyüleyicidir. Bunlar, çok önemli bir ek özelliği olan, normal kristallere çok benzeyen maddenin bir aşamasıdır.

Düzenli kristallerde, kurucu atomlar sabit, üç boyutlu bir ızgara yapısında düzenlenir, bir elmas veya kuvars kristalinin atomik kafesi buna iyi bir örnektir. Bu tekrar eden kafesler konfigürasyonda farklılık gösterebilir, ancak belirli bir oluşum içinde çok fazla hareket etmezler; sadece uzamsal olarak tekrar ederler.

Zaman kristallerinde atomlar biraz farklı davranır. Salınım yaparlar, önce bir yönde, sonra diğerinde dönerler. Bu salınımlar, düzenli ve belirli bir frekansa kilitlenir. Düzenli kristallerin yapısının uzayda tekrarlandığı yerde, kristaller uzay ve zamanda tekrar eder.

Bilim insanları, zaman kristallerini incelemek için genellikle magnon kuasipartiküllerinin Bose-Einstein kondensatlarını kullanırlar. Bunlar, mutlak sıfıra çok yakın, olağanüstü düşük sıcaklıklarda tutulmalıdır. Bu, çok özel, gelişmiş laboratuvar ekipmanı gerektirir.

Taheri ve ekibi yeni araştırmalarında aşırı soğutma olmadan bir zaman kristali yarattılar. Zaman kristalleri, oda sıcaklığında oluşturulan tamamen optik kuantum sistemleriydi. İlk önce, sadece bir milimetre çapında magnezyum florür camından yapılmış bir disk olan küçük bir mikro rezonatör aldılar. Daha sonra bu optik mikrorezonatörü iki lazerin ışınlarıyla bombaladılar.

İki lazer ışını tarafından üretilen frekanslardan kaynaklanan kendini koruyan alt harmonik ani yükselmeler (solitonlar), zaman kristallerinin oluşumunu gösterdi. Sistem, daha sonra periyodiklik gösteren optik solitonlar için dönen bir kafes tuzak oluşturdu.

Sistemin bütünlüğünü oda sıcaklığında korumak için ekip, lazer çıkışının belirli bir optik frekansı korumasını sağlayan bir teknik olan kendinden enjeksiyonlu kilitleme kullandı. Bu, sistemin laboratuvardan çıkarılabileceği ve saha uygulamaları için kullanılabileceği anlamına geliyor.

Sistem, faz geçişleri ve zaman kristal etkileşimleri gibi zaman kristallerinin özelliklerinin gelecekteki olası keşiflerine ek olarak, zamanın kendisinin yeni ölçümlerini almak için kullanılabilir. Zaman kristalleri bir gün kuantum bilgisayarlara bile entegre edilebilir.

Taheri, "Bu fotonik sistemin, üstün stabiliteye sahip kompakt ve hafif radyo frekansı kaynaklarında ve hassas zaman işleyişinde kullanılabileceğini umuyoruz" diyor.

Ekibin araştırması Nature Communications'da yayınlandı.