Полупроводник, изработен от индиево-галиев арсенид, постави рекорд по продължителност за привидно невъзможен материал, който се повтаря във времето.

Продължителността на осцилациите от поне 40 минути, постигната при експеримент, ръководен от изследователи от университета в Дортмунд, Германия, изпреварва всички останали в този клас, като поставя нов рекорд в област, в която изследователите се борят да преодолеят феномена с няколко милисекунди.

„Тиктакането“ на този мъничък часовник е под формата на взаимодействия между орбитиращи електрони с определен спин и състоянието на техните атомни ядра. В игра на "предай нататък поляризиращия пакет" колебанията в състоянията се повтарят по начин, който отговаря на критериите за така наречения кристал с непрекъснато време.

Хипотетизиран преди повече от десетилетие от известния физик Франк Вилчек като теоретично възможна странност на природата, времевият кристал е за времето това, което са диамантите, сапфирите и кварцовете за пространството - повтарящи се единици материя.

Докато диамантът е модел от въглеродни атоми в три пространствени измерения, времевият кристал е някаква промяна в структурата, която се повтаря във времето.

На пръв поглед осцилациите на материята, попаднала в капана на повтаряемостта, звучат леко подозрително. Всеки може да накара детето да се върти напред-назад на люлка с постоянни серии от тласъци, но накрая и най-отчаяният родител ще се спре.

Въпреки това физиците непрестанно търсят признаци на трептения и колебания в материалите, които не могат да бъдат обяснени с конвенционалната физика, и с течение на времето се натъкнали на множество примери за времева кристална активност в различни контексти. Обикновено те са под формата на някакъв външен ритъм в иначе линейния ритъм, който се осигурява от системата, а не е насочен отвън.

И все пак тези т.нар. дискретни времеви кристали все още се нуждаят от някакъв външен темп, който да задава фонов ритъм. Спрете ли музиката, спират и трептенията на кристала.

Непрекъснатият времеви кристал наподобява повече на визията на Вилчек. Макар че все още е необходима енергия, за да се допълни загубената от системата, нейният източник не е обвързан с никакви правила на самото време – той по-скоро действа като вятър, който кара звънтящите висулки да произвеждат неочаквани тонове.

В контекста на експеримента молекулярните звънтящи висулки са специално създаден материал, който едва ли може да провежда ток. Връзката между свободно задържаните електрони и спиновете на ядрата в решетката от атоми позволява появата на бавен, поклащащ се напред-назад модел, който се случва по начин, който може да бъде описан само като нелинеен.

За да се върне ядреният спин в необходимото състояние на поляризация, се използва източник на светлина, който ефективно поддържа времевия кристал навит. Чрез малки промени в условията, например чрез промяна на околното магнитно поле или на температурата, колебанията между електрона и ядрото могат да се променят драстично от няколко секунди до почти минута.

Без признаци за намаляване на осцилациите, които се наблюдават през 40-минутни периоди на измерване, изследователите стигат до заключението, че е възможно явлението да се е запазило в продължение на часове, ако не и по-дълго.

Преди това е наблюдавано непрекъснато времево кристално поведение с продължителност няколко милисекунди в квантовата мъгла на свръхстудени газове, известни като Бозе-Айнщайнови кондензати.

Новото откритие отваря пътя към нови видове хардуер, които осигуряват прецизни измервания на честотата.

Изследването е публикувано в Nature Physics.

Източник: Science Alert