Zum ersten Mal haben Physiker die Schwingung eines Zeitkristalls gefilmt

Zum ersten Mal ist es Physikern gelungen, ein Rätsel zu lösen Aggregatszustand auf Video.

Verwendung einer Rastertransmissions-Röntgenmikroskop Das Forschungsteam hat die Schwingungen von a aufgezeichnet Zeitkristall aus Magnonen bei Raumtemperatur hergestellt. Das, Sie sagten ist ein bedeutender Durchbruch in der Erforschung von Zeitkristallen.

„Wir konnten zeigen, dass solche Raum-Zeit-Kristalle viel robuster und verbreiteter sind als zunächst angenommen“, sagte der Physiker Pawel Gruszecki der Adam-Mickiewicz-Universität in Polen.

„Unser Kristall kondensiert bei Raumtemperatur und Partikel können mit ihm interagieren – anders als in einem isolierten System.“ Darüber hinaus hat es eine Größe erreicht, mit der man mit diesem magnonischen Raum-Zeit-Kristall etwas anfangen könnte. Daraus können sich viele potenzielle Anwendungen ergeben.“

Zeitkristalle, manchmal auch Raum-Zeit-Kristalle genannt, deren tatsächliche Existenz nur bestätigt wurde vor einigen Jahren , sind so faszinierend wie der Name vermuten lässt. Sie sind normalen Kristallen sehr ähnlich, haben aber eine zusätzliche Eigenschaft.

In regelmäßigen Kristallen sind die Atome, aus denen sie bestehen, in einer Anordnung angeordnet feste, dreidimensionale Gitterstruktur - Denken Sie an das Atomgitter eines Diamanten oder Quarzkristalls. Diese sich wiederholenden Gitter können sich in ihrer Konfiguration unterscheiden, aber innerhalb einer bestimmten Formation bewegen sie sich nicht sehr viel: Sie wiederholen sich nur räumlich.

In Zeitkristallen verhalten sich die Atome etwas anders. Sie schwingen und drehen sich zuerst in die eine und dann in die andere Richtung. Diese als „Ticken“ bezeichneten Schwingungen sind an eine regelmäßige und bestimmte Frequenz gebunden. Wo sich also die Struktur regelmäßiger Kristalle im Raum wiederholt, wiederholt sie sich bei Zeitkristallen im Raum Und Zeit.

Um Zeitkristalle zu untersuchen, verwenden Wissenschaftler häufig Ultrakälte Bose-Einstein-Kondensate von Magnon Quasiteilchen . Magnonen sind keine echten Teilchen, sondern bestehen aus einer kollektiven Anregung des Spins von Elektronen – wie eine Welle, die sich durch ein Gitter aus Spins ausbreitet.

Das Forschungsteam um Gruszecki und seinen Kollegen, den Physikdoktoranden Nick Träger vom Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme in Deutschland, machte etwas anderes. Sie platzierten einen Magnetstreifen Permalloy auf einer Antenne, durch die sie einen Hochfrequenzstrom senden konnten.

Dieser Strom erzeugte ein oszillierendes Magnetfeld auf dem Streifen, auf den von beiden Enden magnetische Wellen einwirkten. Diese Wellen stimulierten die Magnonen im Streifen, und diese sich bewegenden Magnonen verdichteten sich dann zu einem sich wiederholenden Muster.

„Wir nahmen das regelmäßig wiederkehrende Muster der Magnonen in Raum und Zeit, schickten weitere Magnonen hinein und sie zerstreuten sich schließlich.“ Träger said . „Damit konnten wir zeigen, dass der Zeitkristall mit anderen Quasiteilchen interagieren kann.“ Das konnte bisher noch niemand direkt in einem Experiment zeigen, geschweige denn in einem Video.“

Das Video oben zeigt die magnetische Wellenfront, die sich durch den Streifen ausbreitet, gefilmt mit bis zu 40 Milliarden Bildern pro Sekunde mit dem Röntgenmikroskop MAXYMUS an der Synchrotronstrahlungsanlage BESSY II am Helmholtz-Zentrum Berlin in Deutschland.

Zeitkristalle sollten über lange Zeiträume stabil und kohärent sein, weil sie - theoretisch - in ihrem niedrigstmöglichen Energiezustand schwingen. Die Forschung des Teams zeigt, dass angetriebene magnonische Zeitkristalle leicht manipuliert werden können, was eine neue Möglichkeit zur Neukonfiguration von Zeitkristallen eröffnet. Dies könnte den Zustand der Materie für eine Reihe praktischer Anwendungen öffnen.

„Klassische Kristalle haben ein sehr breites Anwendungsgebiet“, said physicist Joachim Gräfe des Max-Planck-Instituts für Intelligente Systeme.

„Wenn Kristalle nun nicht nur im Raum, sondern auch in der Zeit interagieren können, fügen wir eine weitere Dimension möglicher Anwendungen hinzu.“ „Das Potenzial für Kommunikations-, Radar- oder Bildgebungstechnologie ist riesig.“

Die Forschung wurde veröffentlicht in Briefe zur körperlichen Untersuchung .