Физики из Университета Колорадо в Боулдере добились прорыва в материаловедении, создав первый видимый временнОй кристалл с использованием жидких кристаллов, подобных тем, что используются в экранах смартфонов. Исследование, опубликованное 4 сентября в журнале Nature Materials, демонстрирует фазу вещества, находящуюся в состоянии постоянного движения, подобную вечным часам, которые вращаются без подачи энергии. Эти временные кристаллы можно наблюдать напрямую под микроскопом и даже невооруженным глазом при специальных условиях.
Исследовательская команда во главе с аспирантом Ханьцинем Чжао и профессором Иваном Смалыухом разработала стеклянные ячейки, заполненные палочковидными молекулами жидких кристаллов, которые ведут себя как нечто среднее между твердым и жидким состоянием. Под воздействием определённой длины волны света эти кристаллы спонтанно организуются в динамические узоры, напоминающие «психоделические тигровые полосы» при микроскопическом наблюдении, и могут сохранять движение в течение нескольких часов. Ключевое новшество заключается в формировании "зажимов" — локализованных искажений молекулярной структуры, которые ведут себя как частицы. Эти частицы взаимодействуют друг с другом, создавая сложные хореографические последовательности, подобно «бальному залу, где пары постоянно распадаются и соединяются вновь».
ВременнЫе кристаллы были впервые теоретически предложены в 2012 году лауреатом Нобелевской премии Франком Вильчеком как структуры, нарушающие симметрию переноса во времени, создавая паттерны, которые периодично повторяются во времени, а не в пространстве. В отличие от традиционных пространственных кристаллов, таких как алмазы с их атомной решеткой, временные кристаллы проявляют периодическое движение во временном измерении. Ранее временные кристаллы требовали экстремальных условий или сложных квантовых компьютеров для своего создания, например, в 2021 году ученые использовали квантовый процессор Google Sycamore для создания дискретных временных кристаллов с атомами, колеблющимися под воздействием лазерных импульсов. Эти системы оставались в основном теоретическими и невидимыми для прямого наблюдения.
Практические приложения нового вида видимых временных кристаллов, созданных командой из Колорадо, обещают революционные изменения. Исследователи предлагают использовать эти материалы для защиты от подделки, создавая «временные водяные знаки» на банкнотах, которые проявляются при освещении и чрезвычайно сложны для подделки. Послойное наложение нескольких временных кристаллов может привести к новаторским системам хранения данных, кодирующим информацию одновременно в пространственном и временном измерениях. Стойкость этих временных кристаллов к изменениям температуры и внешних условий демонстрирует их внутрненнюю устойчивость, что отличает их от предыдущих попыток создания подобных материалов.
Дополнительно в научных кругах рассматривают перспективы использования временных кристаллов в квантовых вычислениях и высокоточной сенсорике, где они могут способствовать развитию новых методов обработки сигналов и измерений. Именно формирование новых типов дискретных временных квазикристаллов позволяет получать сложные паттерны, которые имеют устойчивость к внешним возмущениям и могут применяться в различных технологических областях, включая квантовую информацию, обработку сигналов, стабильные источники времени и даже интерфейсы с биологическими и органическими голографическими материалами.
Создание этих временных кристаллов требует сравнительно простых условий: достаточно просто направить свет на специально подготовленные образцы жидких кристаллов. Это делает технологию доступной для дальнейшего развития и внедрения в разнообразные сферы науки и техники, открывая путь к новым инновационным применениям и устройствам.
Таким образом, впервые созданный видимый временной кристалл представляет собой не только фундаментальное открытие в физике и материаловедении, но и дает старт перспективным технологиям в области защиты информации, хранения данных, квантовых вычислений и сенсорики, что может существенно повлиять на будущее материаловедения и технологий в целом.
Комментарий:
Раньше временные кристаллы нельзя было увидеть напрямую, так как они существовали на уровне квантовых или микроскопических систем, требующих очень сложных условий и оборудования для обнаружения. Новшество последних исследований в том, что физикам из Университета Колорадо в Боулдере впервые удалось создать видимый невооружённым глазом временной кристалл из жидких кристаллов, похожих на те, что используются в экранах смартфонов. Эти кристаллы демонстрируют устойчивое, периодическое движение без потребления энергии и могут наблюдаться непосредственно под микроскопом, а при определённых условиях — даже без него.
Подобные достижения открывают новые возможности для изучения и практического применения временных кристаллов, например, в точных измерениях времени, создании квантовых устройств и сенсоров, а также в области связи и визуализации. Теперь временные кристаллы не просто теория или сложный квантовый объект, а реальная, наблюдаемая форма материи с потенциалом широких технологических применений.
Ключевое новшество в том, что временные кристаллы, которые ранее оставались невидимыми, стали видимыми и изучаемыми напрямую, что значительно расширяет горизонты их применения в науке и технике.
https://phys.org/news/2025-09-physicists-kind-crystal-humans.html
Комментариев нет:
Отправить комментарий