Elektriği olmayan bir saat düşünün, ancak elleri ve dişlileri tüm sonsuzluk için kendi başlarına döner. Yeni bir çalışmada, Colorado Boulder Üniversitesi’ndeki fizikçiler, böyle bir saat oluşturmak için telefonunuzdaki aynı malzemeler olan sıvı kristalleri kullandılar – ya da en azından insanların bu fikre ulaşabileceği kadar yakın. Ekibin ilerlemesi yeni bir “zaman kristali” örneğidir. Bu, atomlar veya diğer parçacıklar gibi parçaların sürekli hareket halinde bulunduğu meraklı bir maddenin adıdır.
Araştırmacılar ilk zaman kristali yapan ilk kişi değil, ama onların yaratılışları, insanların gerçekten görebileceği ve bir dizi teknolojik uygulama açabilecek ilk kişi.
Çalışmanın baş yazarı ve CU Boulder Fizik Bölümü’nde yüksek lisans öğrencisi Hanqing Zhao, “Doğrudan bir mikroskop altında ve hatta özel koşullar altında, çıplak gözle gözlemlenebilirler.” Dedi.
O ve Yenilenebilir ve Sürdürülebilir Enerji Enstitüsü’ne (RASEI) Fizik Profesörü Ivan Smalyukh, 4 Eylül’de bulgularını dergide yayınladılar. Doğa malzemeleri.
Çalışmada, araştırmacılar sıvı kristallerle dolu cam hücreler tasarladılar-bu durumda, biraz katı ve biraz sıvı gibi davranan çubuk şekilli moleküller. Özel koşullar altında, onlara ışık tutarsanız, sıvı kristaller zaman içinde tekrarlanan desenleri takip ederek girdap ve hareket etmeye başlayacaktır.
Bir mikroskop altında, bu sıvı kristal numuneleri psychedelic kaplan şeritlerine benzemektedir ve saatlerce hareket etmeye devam edebilirler – ebediyen dönen saate benzer.
“Her şey hiçbir şeyden doğmaz,” dedi Smalyukh. “Tek yaptığınız bir ışık parlamak ve bu zaman kristalleri dünyası ortaya çıkıyor.”
Zhao ve Smalyukh, yapay madde biçimleri yaratmak ve sürdürülebilirliğe katkıda bulunmak için görevli uluslararası bir enstitü olan Japonya’daki Hiroşima Üniversitesi’nde karargahla düğümlü kiral meta madde (WPI-SKCM2) ile Uluslararası Sürdürülebilirlik Uluslararası Sürdürülebilirlik Enstitüsü Colorado Uydusu’nun üyeleridir.
Uzayda ve zamanda kristaller
Zaman kristalleri bilim kurgu dışında bir şey gibi gelebilir, ancak ilhamlarını elmas veya sofra tuzu gibi doğal olarak oluşan kristallerden alırlar.
Nobel Laureate Frank Wilczek ilk olarak 2012’de zaman kristalleri fikrini önerdi. Geleneksel kristalleri “uzay kristalleri” olarak düşünebilirsiniz. Örneğin bir elmas oluşturan karbon atomları, uzayda parçalanması çok zor olan bir kafes deseni oluşturur.
Wilczek, uzay yerine zaman dışında benzer şekilde iyi organize edilmiş bir kristal inşa etmenin mümkün olup olmadığını merak etti. Dinlenme durumlarında bile, böyle bir durumdaki atomlar bir kafes paterni oluşturmaz, ancak sonsuza dek dönen bir GIF gibi hiç bitmeyen bir döngüde hareket eder veya dönüşür.
Wilczek’in orijinal konseptinin yapılması imkansızdı, ancak o zamandan beri bilim adamları makul bir şekilde yaklaşan madde aşamaları yarattılar.
Örneğin, 2021’de fizikçiler, özel bir atom ağı oluşturmak için Google’ın çınar kuantum bilgisayarını kullandılar. Ekip bu atomlara lazer ışını ile bir hareket verdiğinde, birden çok kez tekrarlanan dalgalanmalar yapıldı.
Dans Kristalleri
Yeni çalışmada Zhao ve Smalyukh, sıvı kristallerle benzer bir başarı elde edip edemeyeceklerini görmek için yola çıktılar.
Smalyukh, bu molekülleri doğru şekilde sıkarsanız, o kadar sıkı bir şekilde bir araya geleceklerini açıkladı. Dikkat çekici bir şekilde, bu karışıklıklar hareket eder ve belirli koşullar altında atomlar gibi davranabilir.
Smalyukh, “Bu bükülmeleriniz var ve onları kolayca kaldıramazsınız.” Dedi. “Parçacıklar gibi davranıyorlar ve birbirleriyle etkileşime başlıyorlar.”
Bu çalışmada Smalyukh ve Zhao, boya molekülleri ile kaplanmış iki cam parçasında bir sıvı kristal çözeltisi sandviçledi. Kendi başlarına, bu örnekler çoğunlukla hareketsiz oturdu. Ancak grup onlara belirli bir ışık türüyle vurduğunda, boya molekülleri yönlerini değiştirdi ve sıvı kristalleri sıktı. Bu süreçte aniden binlerce yeni karışıklık oluştu.
Bu karışıklıklar da inanılmaz derecede karmaşık bir adımın ardından birbirleriyle etkileşime girmeye başladı. Bir Jane Austen romanında dansçılarla dolu bir oda düşünün. Çiftler parçalanır, odanın etrafında döner, tekrar bir araya gelir ve tekrar tekrar yapın. Zamandaki desenlerin de alışılmadık derecede kırılması zordu – araştırmacılar sıvı kristallerin hareketini bozmadan numunelerinin sıcaklığını yükseltebilir veya düşürebilir.
“Bu zamanın güzelliği bu,” dedi Smalyukh. “Sadece o kadar özel olmayan bazı koşullar yaratıyorsun. Bir ışığı parlatıyorsun ve her şey oluyor.”
Zhao ve Smalyukh, bu tür zaman kristallerinin birkaç kullanımı olabileceğini söylüyor. Örneğin hükümetler, bu malzemeleri sahte olmaları zorlaştırmak için faturalara ekleyebilirler – eğer 100 dolarlık faturanın gerçek olup olmadığını bilmek istiyorsanız, sadece “Zaman Filigranı” na ışık tutun ve görünen deseni izleyin. Birkaç farklı zaman kristalini istifleyerek, grup daha da karmaşık desenler oluşturabilir, bu da potansiyel olarak mühendislerin çok miktarda dijital veri depolamasına izin verebilir.
Smalyukh, “Şu anda uygulamalara bir sınır koymak istemiyoruz.” Dedi. “Bence bu teknolojiyi her türlü yöne itme fırsatları var.”
