Οι φυσικοί μόλις προχώρησαν σε μια νέα πρωτοπορία στο αινιγματικό πεδίο των χρονοκρυστάλλων. Για πρώτη φορά δημιουργήθηκε ένας χρονοκρύσταλλος που μπορεί να γίνει άμεσα ορατός με γυμνό μάτι, εμφανίζοντας κυματιστές ρίγες σε νέον αποχρώσεις. Η κατασκευή του υλικού, θα μπορούσε να ανοίξει τον δρόμο για νέες τεχνολογικές εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένων μέτρων κατά της πλαστογράφησης, γεννητριών τυχαίων αριθμών, δισδιάστατων γραμμωτών κωδίκων και οπτικών συσκευών.
«Μπορούν να παρατηρηθούν άμεσα με μικροσκόπιο και, υπό ειδικές συνθήκες, ακόμη και με γυμνό μάτι», λέει ο φυσικός Hanqing Zhao από το Πανεπιστήμιο του Κολοράντο.
Οι χρονοκρύσταλλοι, είναι ένα πολύ πρόσφατο φαινόμενο. Για πρώτη φορά, τους προέβλεψε ο θεωρητικός φυσικός Frank Wilczek από τις ΗΠΑ, το 2012. Ορισμένοι φυσικοί αρχικά, τους απέρριπταν, ως μια έννοια που, αψηφά τους νόμους της φυσικής, διακυβεύοντας έναν βασικό κανόνα της θερμοδυναμικής.
Το πείραμα του 2016
Αργότερα, το 2016, μια ομάδα φυσικών από τις ΗΠΑ, ανέφερε ότι παρατήρησε τους χρονοκρυστάλλους στη διάρκεια πειράματος. Σύμφωνα με τη σύντομη εκδοχή «τα κρυσταλλικά υλικά, όπως το διαμάντι, ο χαλαζίας και το αλάτι, είναι τρισδιάστατα, ατομικά πλέγματα που αποτελούνται από σωματίδια που επαναλαμβάνονται στον χώρο, όπως περίπου ένα γεωμετρικό παιχνίδι αναρρίχησης, με τα άτομα στις ενώσεις του πλέγματος. Μπορείς να πάρεις οποιοδήποτε τμήμα του πλέγματος και να το ευθυγραμμίσεις τέλεια πάνω σε ένα άλλο».
Η ταλάντωση που σπάει τη συμμετρία του χρόνου
Ένας χρονοκρύσταλλος, είναι ένα μοτίβο σωματιδίων σε χρονική διάσταση. Με άλλα λόγια, οι χρονοκρύσταλλοι δεν επαναλαμβάνονται απλώς στον χώρο, αλλά και στον χρόνο. Τα σωματίδιά τους ταλαντεύονται με μια χρονική συχνότητα που επαναλαμβάνεται, έτσι ώστε και αυτή η ταλάντωση να μπορεί να ευθυγραμμιστεί ακριβώς με την προηγούμενη. Το κρίσιμο είναι ότι αυτή η ταλάντωση σπάει τη συμμετρία του χρόνου, λειτουργώντας σαν να αγνοεί τους ρυθμούς υπάρχουν στο περιβάλλον της.
Οι δυνατότητες των χρονοκρυστάλλων, τόσο για την εξερεύνηση της κβαντικής συμπεριφοράς όσο και για τεχνολογικές εφαρμογές, είναι συναρπαστικές. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι επιστήμονες λατρεύουν να ερευνούν τις ιδιότητές του και να κατανοούν τις ιδιαιτερότητές τους.
Ο Zhao και ο συνάδελφός του, ο φυσικός Ivan Smalyukh από το πανεπιστήμιο του Κολοράντο, δημιούργησαν τον δικό τους χρονοκρύσταλλο, από υγρούς κρυστάλλους – το ίδιο υλικό που βρίσκεται στις οθόνες υγρών κρυστάλλων (LCDs) που χρησιμοποιούνται σε ρολόγια και τηλεοράσεις.
Αποτελούνται από σωματίδια σε σχήμα ράβδου, τα οποία συμπεριφέρονται εν μέρει σαν υγρά και εν μέρει σαν κρύσταλλοι. Οι ερευνητές έβαλαν το υγρό τους κρύσταλλο ανάμεσα σε γυάλινες πλάκες επικαλυμμένες με μία φωτοευαίσθητη βαφή.
Οι τεχνολογικές προοπτικές
Όταν φώτισαν το δείγμα με συγκεκριμένους τύπους φωτός, τα μόρια της βαφής πολώθηκαν ή άλλαξαν προσανατολισμό, ασκώντας πίεση στον υγρό κρύσταλλο. Η πίεση αυτή, προκάλεσε καμπυλώσεις στον υγρό κρύσταλλο οι οποίες αλληλεπιδρούσαν μεταξύ τους, μέσα από μια πολύπλοκη αλληλουχία διαδικασιών, δημιουργώντας ένα μοτίβο κίνησης που επαναλαμβανόταν για ώρες, ακόμα και υπό μεταβαλλόμενες συνθήκες φωτός και θερμοκρασίας.
Τα μοτίβα αυτά, παρατηρήθηκαν στο δείγμα σαν κυματιστές σειρές από χρωματιστές λωρίδες. «Τα πάντα, δημιουργούνται από το τίποτα», εξηγεί ο Smalyukh. «Ανάβεις απλώς ένα φως και αναδύεται ολόκληρος αυτός ο κόσμος των κρυστάλλων».
Ενώ τα αποτελέσματα της μελέτης πληρούν τις αυστηρές προϋποθέσεις για να ταξινομηθούν ως χρονοκρύσταλλοι, οι ερευνητές δηλώνουν ότι υπάρχει άφθονος χώρος για περαιτέρω διερεύνηση των ιδιοτήτων των χρονικών κρυστάλλων σε διαφορετικά συστήματα. Εξετάζοντας πώς οι χρονοκρύσταλλοι εκδηλώνονται σε διαφορετικά πλαίσια, οι επιστήμονες πιστεύουν ότι μπορεί να προκύψουν διαφορετικά σύνολα κριτηρίων.
Εν τω μεταξύ, η πιθανότητα της πρακτικής εφαρμογής που διαφαίνεται τώρα, είναι ιδιαίτερα συναρπαστική.
«Οι πιθανές τεχνολογικές εφαρμογές σε οπτικές συσκευές, γεννήτριες φωτονικών κρυστάλλων χρόνου και χωροχρόνου, τηλεπικοινωνίες και σχέδια κατά της παραχάραξης μπορεί να σηματοδοτούν την αρχή μιας συναρπαστικής εποχής για τους χρονοκρυστάλλους και τους κρυστάλλους χωροχρόνου, όπου οι εξελίξεις στη βασική έρευνα μπορεί να οδηγήσουν σε πρακτική τεχνολογική αξιοποίηση», αναφέρουν οι Zhao και Smalyukh.
Η έρευνα δημοσιεύτηκε στο Nature Materials.
