Физики создали видимые человеческому глазу кристаллы времени

Ученые впервые смогли создать видимый в оптическом диапазоне темпоральный кристалл. Для этого они использовали жидкие кристаллы, сообщает Zakon.kz.

Теорию о временных кристаллах выдвинул нобелевский лауреат Фрэнк Вильчек в 2012 году, а в 2017-м две независимые группы ученых создали временные кристаллы и выпустили публикации об этом в одном номере журнала Nature.

В трудах говорится, что кристаллы – это твердые тела с периодической структурой. Большинство из них внутренне организованы как много раз повторенная элементарная ячейка. Свойства кристалла зависят от состава, формы и строения этой ячейки.

Графит и алмаз состоят из углерода, но у их элементарных ячеек разные форма и строение, поэтому одним мы можем писать по бумаге, а вторым – бурить камень. Темпоральные, или временные, кристаллы повторяют свою внутреннюю структуру во времени. Их можно сравнить с gif-изображениями, короткими зацикленными видео.

Хотя доказательства существования темпоральных кристаллов уже существовали, они основывались на косвенной информации – данных спектроскопии, измерениях квантовых состояний системы. В новом исследовании физики смогли пронаблюдать кристаллы времени в оптический микроскоп. Их исследование опубликовано в журнале Nature Materials.

Чтобы сделать темпоральные кристаллы видимыми, исследователи разработали стеклянные ячейки, заполненные жидкими кристаллами. Эти стержневидные молекулы ведут себя как жидкость и могут создавать упорядоченные структуры. Если правильно сжать эти молекулы, они сбиваются в плотные группы и начинают образовывать изгибы.

"Вы не можете легко удалить эти скручивания из системы. Они ведут себя как частицы и начинают взаимодействовать друг с другом", – рассказал профессор Иван Смалюх (Ivan Smalyukh).

Ученые поместили раствор жидких кристаллов между двумя стеклами, покрытыми молекулами красителя. Когда на эту систему направили свет, молекулы красителя изменили свою ориентацию и сжали жидкие кристаллы. В процессе внезапно образовались новые изгибы.

Эти изгибы стали взаимодействовать друг с другом. Под микроскопом кристаллы напоминали "психоделические тигриные полоски" и двигались в течение часов. Но это не вечный двигатель: система не находится в спокойствии, она получает энергию извне, без направленного на кристалл света зацикленного движения не происходит.

Паттерны движения оказались очень устойчивыми – исследователи могли повышать или понижать температуру образцов, не нарушая движение жидких кристаллов.

Ранее мы писали о том, что астрономы отыскали самую древнюю галактику.