Пространственно-временные кристаллы – это временные периодические самоорганизующиеся структуры, постулированные Нобелевским лауреатом по физике Франком Вильчеком в 2012 году.
В новых исследованиях физики из Германии и Польши перенесли эту концепцию на квазичастицы, называемые магнонами, и экспериментально продемонстрировали пространственно-временной кристалл при комнатной температуре; они также непосредственно изобразили его с помощью сканирующего рентгеновского микроскопа.
“Мы взяли регулярно повторяющийся паттерн магнонов в пространстве и времени, послали больше магнонов, и они в конечном итоге рассеялись”, – сказал первый автор исследования Ник Трэгер, докторант Института интеллектуальных систем Макса Планка.
“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.”
В своем эксперименте Трегер и его коллеги поместили полоску магнитного материала на микроскопическую антенну, через которую они посылали радиочастотный ток.
Это микроволновое поле вызвало колебательное магнитное поле, источник энергии, который стимулировал магноны в полосе.
Магнитные волны мигрировали в полосу слева и справа, спонтанно конденсируясь в повторяющийся узор в пространстве и времени.
В отличие от обычных стоячих волн, этот паттерн сформировался еще до того, как две сходящиеся волны смогли встретиться и интерферировать. Следовательно, паттерн, который регулярно исчезает и появляется сам по себе, должен быть квантовым эффектом.
“Трансмиссионно-рентгеновская микроскопия не только может сделать волновые фронты видимыми с очень высоким разрешением, которое в 20 раз лучше, чем лучший световой микроскоп”, – говорят ученые. “Она может даже делать это со скоростью до 40 миллиардов кадров в секунду и с чрезвычайно высокой чувствительностью к магнитным явлениям.”
Исследователи смогли показать, что пространственно-временные кристаллы гораздо более прочны и широко распространены, чем считалось ранее.
Кристалл конденсируется при комнатной температуре, и частицы могут взаимодействовать с ним — в отличие от изолированной системы. Это может привести к множеству потенциальных применений.
“Кристаллы имеют очень широкую область применения”, – сказал Йоахим Графе, также из Института интеллектуальных систем Макса Планка.
“Теперь, если кристаллы могут взаимодействовать не только в пространстве, но и во времени, мы добавим еще одно измерение возможных применений. Потенциал для технологий связи, радиолокации и визуализации огромен.”
Результаты исследования были опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Источник: