Физики непосредственно изображают пространственно-временной кристалл

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.