Uzak zaman kristalleri uyum içinde salınarak spin ağlarının yolunu açıyor

Ocak 2024’te TU Dortmund Üniversitesi’ndeki fizikçiler, salınımları saatlerce sabit kalan bir yarı iletkende sürekli bir zaman kristali gösterdiler. Yayınlanan yeni bir çalışmada Doğa İletişimiProfesör Alex Greilich ve ekibi, bu tür birçok zaman kristalinin aynı malzemede oluşabildiğini ve elektron-nükleer spin salınımlarını senkronize edebildiğini gösteriyor.

Zaman kristalleri, iç dinamikleri, periyodik bir dış sinyal tarafından yönlendirilmeden, zaman içinde periyodik olarak tekrarlanan sistemlerdir. TU Dortmund deneyinde, lokalize elektronlar sağlayan, az miktarda indiyum ve silikon içeren galyum arsenitten yapılmış bir yarı iletken içinde yaratıldılar. -270°C’ye (-454°F) yakın sıcaklıklarda, her elektron çevredeki yaklaşık bir milyon nükleer spinle etkileşime girer.

Bir pompa lazeri, polarizasyonlarını nükleer dönüşlere aktaran elektron dönüşlerini hizalar. Zayıf bir manyetik alanda nükleer spin polarizasyonu dönmeye başlar. Elektron ve nükleer spinler arasında ortaya çıkan geri bildirim, salınımları sürdürürken, bunları gözlemlemek için ikinci bir lazer kullanılır.

Salınımlar nasıl kilitlenir?

Mikroskobik ortam yarı iletken boyunca değişiklik gösterdiğinden, bireysel bölgeler normalde biraz farklı frekanslarda salınır. Bununla birlikte, geniş bir lazer ışını aynı anda birçok bölgeyi uyardığında, bunların salınımları ortak bir frekansa kilitlenir.

Bu senkronizasyon, Christiaan Huygens’in 1665’teki ünlü iki sarkaçlı saat gözlemine benziyor. Saatler, ortak desteklerindeki zayıf mekanik bağlantıyla senkronize ediliyordu. Yarı iletkende eşleşme, spin-polarize elektronların difüzyonu ile üretilir.

Bağlantı için uzun erişim

Araştırmacılar, 40 mikrometreye kadar ayrılan zaman kristallerinin, bireysel bir osilatörün karakteristik boyutunun bin katından daha fazla bir sürede senkronize olabildiğini buldu. Daha büyük mesafelerde bağımsız olarak salınmaya devam ederler.

Sonuçlar, uzaysal olarak ayrılmış spin sistemleri arasındaki yerel olmayan eşleşmeyi göstermektedir ve gelecekteki spin tabanlı teknolojilerde kontrol edilebilir spin osilatör ağları için bir temel sağlayabilir.