Вчені відкрили новий тип тимчасового кристала

Новий тип тимчасової впорядкованості — «часового рондо-кристала» поєднує в собі хаос і порядок у часовому вимірі.

Вперше описана структура, що не повторюється точно, але формує регулярність у довгостроковій перспективі. У короткочасному масштабі поведінка частинок хаотична, проте з часом виникає стійкий порядок. Це явище було спостережено у дослідженнях команди під керівництвом Лео Джун Іля Муна з Університету Каліфорнії, Берклі, та Пола Шиндлера з Інституту Макса Планка: «Наші експерименти показують, що порушення періодичності приводу може призвести до нових екзотичних форм часткового тимчасового порядку».

Часові кристали — це особлива форма матерії, де частинки коливаються у найнижчих енергетичних станах з повторюваним, але не зовнішньо зумовленим ритмом. Це порушує традиційне уявлення про впорядкованість, як у звичних просторових кристалах (діамант, кварц, сіль), де атоми впорядковано повторюються в трьох вимірах. Часовий квазікристал, на відміну від нього, має структуру коливань, що не повторюються, подібно до мозаїки Пенроуза.

Новий різновид — часовий рондо-кристал — поєднує «повторювану тему (стробоскопічний порядок), що чергується з контрастною варіацією (короткочасний безлад)». Це нагадує музичну форму рондо, зокрема знамените Rondo alla Turca Моцарта. Власне звідси й походить термін «рондо-порядок».

Для створення цього кристалу вчені використали «азотно-вакансійні центри» — порожнечі в кристалічній решітці алмазу поруч з атомом азоту. Завдяки лазерній стимуляції ядерного спіну вуглецю-13 було досягнуто гіперполяризації, після чого на спіни діяли пульсами різної періодичності — від регулярної до випадкової. Виявилося, що навіть у випадкових циклах система відтворює себе, якщо спостерігати її з певною частотою.

На наступному етапі дослідження вчені «закодували текст у часовому ритмі пульсів», застосувавши ASCII-код, демонструючи контроль над часом як носієм інформації. Це «відкриває перспективний напрямок для вивчення тимчасового порядку», — підсумовують автори.

Попри відсутність негайного практичного застосування, відкриття демонструє нові горизонти керованості квантовими системами у часі, а також потенціал для майбутніх технологій, що базуються на часовій впорядкованості.