물리학 자들은 "시간 결정"을 만듭니다

새로운 물질 상태는 시간적으로 공간적으로 신중하고 질서

시간 결정은 공간과 시간에 불연속 반복 단위를 가지고 있습니다. © E. Edwards / JQI
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공상 과학 소설처럼 들립니다. 연구원들은 먼저 시간 결정을 만들어 냈습니다. 시간 결정은 공간과 시간에 따라 이산 적으로 주문되었습니다. 이 시간 결정의 구성 요소는 일반 결정처럼 규칙적인 격자를 형성하지만 동시에 규칙적인 주기로 상태를 변경합니다. 오랫동안 불가능하다고 여겨 졌던 이러한 구조는 이론적으로 몇 년 전만 가정되었으며, 현재 "Nature"의 두 연구팀이 실제 구현을보고합니다.

다이아몬드, 물 얼음 또는 석영과 같은 결정의 특성은 원자의 규칙적인 3 차원 격자 구조입니다. 그들은 공간에서 주기적으로 반복되는 기본 단위를 형성합니다. 그러나 결정이 시간과 관련하여 반복적이고 불연속적인 상태를 가질 수 있습니까? 오랫동안 이것은 불가능한 것으로 간주되었습니다.

시간에 따른 이산 순서

그러나 몇 년 전 미국 물리학 자들은 이러한 "시간 결정"이 존재할 수있는 이론적 모델을 개발했다. 이 이론에 따르면, 이것들은 빌딩 블록이 외부 개입없이 주기적으로 상태를 변경하는 결정체이므로 시간이 지남에 따라 불연속적이고 규칙적인 구조를 갖습니다.

프린스턴 대학의 시바 지 손디 (Sivaji Sondhi)는“우리의 연구는 그러한 시간 결정이 어떻게 작용할 수 있는지에 대한 물리적 기반을 밝혀냈다. 원자는 시간이 흐르지 만 유창하거나 연속적으로 움직이는 대신 주기적으로 움직인다.”이것은 시스템이 평형 상태에 있지 않거나 정지 상태 일 때만 가능하다.

그러나 이론적으로 가정 된 시간 결정이 현실로 변환 될 수 있는가? 최근 몇 년 동안 하버드와 프린스턴 대학과 메릴랜드 대학의 지시에 따라 두 개의 연구팀이이 질문에 대해 작업했습니다. 이제 두 팀은 서로 다른 방식과 재료로 타임 크리스탈을 만들었습니다. 디스플레이

이온 스핀 뒤집기

최초 결정은 표면 위의 전기장에 현수 된 10 개의 이테르븀 이온으로 구성됩니다. 메릴랜드 대 (University of Maryland)의 크리스토퍼 먼로 (Christopher Monroe)와 그의 동료들은 규칙적인 레이저 펄스로 이러한 이온을 처리하여 입자의 스핀이 접 히게하여 시스템이 평형에 도달하지 못하게했습니다.

그러나 이상한 것은 이테르븀 이온이 레이저의 시계를 따르지 않고 자체 진동 진동을 형성한다는 것입니다. 그들은 매 초마다 작동했습니다. 물리학 자에 따르면, 이것은이 시스템이 독립적이고 시간적으로 분리 된 구조를 취했음을 시사합니다. 시간 결정입니다. 연구원들은“상호 작용하는 스핀의 진동과 동기화는이 시간 결정이 구동 펄스의 교란에 강하게 반응한다는 것을 보여준다.

다이아몬드 격자의 질소 갭 (노란색) Zas2000 / GFDL

다이아몬드 격자의 진동 간격

두 번째 시간 결정은 탄소 격자가 소위 질소 구멍이라고하는 약 백만 개의 결함을 갖는 합성 다이아몬드로 구성된다. 이 시점에서 탄소 원자는 없어지지 만 질소 원자는이 간격에 부착됩니다. 하버드 대학교의 최 손운 교수와 그의 동료들도이 간격에서 스핀을 뒤집기 위해 전자 레인지를 사용했다.

또한이 시스템에서는 교대로 회전 패턴에서 두 배의주기적인 느린 클럭이 만들어졌습니다. 물리학 자들은“이 시스템은 펄스의 기본 시간 대칭을 깨고 시간 결정의 이산 순서를 형성한다.

새로운 상태

이것은 한때 불가능하다고 여겨지는 시간 결정이 실제로 존재할 수 있음을 증명하는 것 같습니다. 산타 바바라에있는 캘리포니아 대학의 체탄 나 야크 (Chetan Nayak)는“두 그룹 모두 시간 결정의 증거를 제시한다. "이런 진동이 더 오랜 시간 동안 위상을 유지하고 변동에 의해 씻겨지지 않는다는 것을 보여 주어야하더라도."

시간 결정의 존재가 시리즈 "Dr. "도달 할 수없는 사람. 그러나 앞으로이 새로운 상태의 응용 프로그램이있을 수 있습니다. 예를 들어, 그들은 양자 컴퓨터의 데이터를 교란으로부터 더 잘 보호 할 수 있다고 연구원들은 설명했다.

몬로는“우리 작업의 모든 적용은 여전히 ​​먼 미래에 있습니다. 하버드 팀의 Vedika Khemani는 다음과 같이 덧붙였다. "이러한 실험은이 복잡한 양자 상태가 어떻게 작동하는지에 대해 더 많은 정보를 얻는 데 도움이되었습니다." 공간과 시간에 하나의 항목으로 가능한 주문이 연장되었습니다. "(Nature, 2017, doi : 10.1038 / nature21413; doi : 10.1038 / nature21426)

(Princeton University / Texas University, 2017 년 3 월 9 일-NPO)