- 27,783
- 46
- 8 Ноя 2022
Учёные получили устойчивую пространственно-временную структуру в материале, похожем на основу дисплеев.
Кристаллы времени долго выглядели как игрушка для очень холодной и очень капризной квантовой физики. Новая работа показывает более приземлённый вариант. Похожий эффект удалось получить при комнатной температуре в жидких кристаллах, близких к материалам из экранов смартфонов и телевизоров.
Команда из Хиросимского университета, Университета Колорадо и других научных центров показала , что пространственно-временные кристаллы можно создать в обычной жидкокристаллической среде. Исследование опубликовано в Nature Communications. До сих пор такие структуры связывали прежде всего со сложными квантовыми системами, которые требуют почти абсолютного нуля, ловушек для ионов или специальных квантовых симуляторов.
Обычный кристалл, вроде соли или алмаза, повторяет свой рисунок в пространстве. Кристалл времени повторяет рисунок во времени. Пространственно-временной кристалл совмещает оба свойства и при внешней подпитке входит в устойчивый цикл, где структура меняется не хаотично, а по собственному повторяющемуся ритму.
Физики взяли жидкокристаллический материал, добавили в него ионные вещества и подали повторяющийся электрический сигнал. Затем исследователи наблюдали за средой с помощью оптических микроскопов и компьютерных моделей. Жидкие кристаллы повели себя неожиданно. Электричество задавало один ритм, но материал сам перешёл в режим, где рисунок повторялся только через каждые два цикла сигнала.
Такой эффект называют удвоением периода. Проще говоря, материал не просто послушно следовал за внешним импульсом, а выстроил собственный стабильный такт. Главную роль сыграли микроскопические дефекты внутри жидкого кристалла. Одни дефекты, топологические солитоны, выглядят как устойчивые плавные скручивания структуры и движутся через материал словно компактные волны. Другие, дисклинации, похожи на линии, где упорядоченная ориентация молекул резко ломается.
При изменении напряжения такие дефекты постоянно превращались друг в друга, исчезали и возникали заново. По поведению система напоминала пары частица-античастица у майорановских частиц, редких квантовых объектов, которые физики ищут уже много лет. В жидких кристаллах исследователи получили не сами майорановские частицы, а классический аналог похожей динамики, видимый в реальном материале.
Первый автор работы Ханьцин Чжао считает, что практический смысл открытия связан с самой природой жидких кристаллов. Электрическое переключение жидких кристаллов уже лежит в основе огромной индустрии дисплеев, а управляемые кристаллы времени в таких материалах могут со временем привести к прикладным устройствам.
Главное отличие новой системы от квантовых кристаллов времени в устойчивости. Квантовые варианты легко разрушаются при внешнем вмешательстве. Жидкокристаллическая структура сохраняла синхронный режим даже после намеренного нарушения электрического ритма на 20%. Циклическое поведение продолжалось больше 24 часов без срыва.
Работа показывает, что сложные пространственно-временные симметрии могут возникать не только в квантовом мире. Похожие режимы появляются в открытых классических материалах, которые работают при комнатной температуре и допускают прямое управление электрическим полем.
Авторы называют новое направление временной жидкокристалличностью. В такой области материалы упорядочивают не только в пространстве, но и во времени. В перспективе устойчивые пространственно-временные кристаллы могут пригодиться для перестраиваемых оптических элементов, лазерных компонентов, отклонителей луча и сверхточных систем управления светом.
Кристаллы времени долго выглядели как игрушка для очень холодной и очень капризной квантовой физики. Новая работа показывает более приземлённый вариант. Похожий эффект удалось получить при комнатной температуре в жидких кристаллах, близких к материалам из экранов смартфонов и телевизоров.
Команда из Хиросимского университета, Университета Колорадо и других научных центров показала , что пространственно-временные кристаллы можно создать в обычной жидкокристаллической среде. Исследование опубликовано в Nature Communications. До сих пор такие структуры связывали прежде всего со сложными квантовыми системами, которые требуют почти абсолютного нуля, ловушек для ионов или специальных квантовых симуляторов.
Обычный кристалл, вроде соли или алмаза, повторяет свой рисунок в пространстве. Кристалл времени повторяет рисунок во времени. Пространственно-временной кристалл совмещает оба свойства и при внешней подпитке входит в устойчивый цикл, где структура меняется не хаотично, а по собственному повторяющемуся ритму.
Физики взяли жидкокристаллический материал, добавили в него ионные вещества и подали повторяющийся электрический сигнал. Затем исследователи наблюдали за средой с помощью оптических микроскопов и компьютерных моделей. Жидкие кристаллы повели себя неожиданно. Электричество задавало один ритм, но материал сам перешёл в режим, где рисунок повторялся только через каждые два цикла сигнала.
Такой эффект называют удвоением периода. Проще говоря, материал не просто послушно следовал за внешним импульсом, а выстроил собственный стабильный такт. Главную роль сыграли микроскопические дефекты внутри жидкого кристалла. Одни дефекты, топологические солитоны, выглядят как устойчивые плавные скручивания структуры и движутся через материал словно компактные волны. Другие, дисклинации, похожи на линии, где упорядоченная ориентация молекул резко ломается.
При изменении напряжения такие дефекты постоянно превращались друг в друга, исчезали и возникали заново. По поведению система напоминала пары частица-античастица у майорановских частиц, редких квантовых объектов, которые физики ищут уже много лет. В жидких кристаллах исследователи получили не сами майорановские частицы, а классический аналог похожей динамики, видимый в реальном материале.
Первый автор работы Ханьцин Чжао считает, что практический смысл открытия связан с самой природой жидких кристаллов. Электрическое переключение жидких кристаллов уже лежит в основе огромной индустрии дисплеев, а управляемые кристаллы времени в таких материалах могут со временем привести к прикладным устройствам.
Главное отличие новой системы от квантовых кристаллов времени в устойчивости. Квантовые варианты легко разрушаются при внешнем вмешательстве. Жидкокристаллическая структура сохраняла синхронный режим даже после намеренного нарушения электрического ритма на 20%. Циклическое поведение продолжалось больше 24 часов без срыва.
Работа показывает, что сложные пространственно-временные симметрии могут возникать не только в квантовом мире. Похожие режимы появляются в открытых классических материалах, которые работают при комнатной температуре и допускают прямое управление электрическим полем.
Авторы называют новое направление временной жидкокристалличностью. В такой области материалы упорядочивают не только в пространстве, но и во времени. В перспективе устойчивые пространственно-временные кристаллы могут пригодиться для перестраиваемых оптических элементов, лазерных компонентов, отклонителей луча и сверхточных систем управления светом.
- Источник новости
- www.securitylab.ru
