Stvoření časového kvazikrystalu. Kredit: Chong Zu laboratory, Washington University in St. Louis.

Jak mnozí jistě pamatují, v roce 2017 se objevily první časové krystaly, do té doby jen hypotetické objekty, jejichž struktura se podobně jako u klasických krystalů opakuje, jenže v čase. V reálu to vypadá tak, že časové krystaly vibrují či „tikají,“ na konstantních frekvencích, takže jsou krystalizované v časoprostoru. Po osmi letech jsou stále ještě exotické a stále mají punc science-fiction, ale současně se staly součástí standardního fyzikálního výzkumu.

Bingtian Ye. Kredit: Harvard University.

Tým amerických fyziků, který vedli Bingtian Ye z Harvard University a Chong Zu z Washington University, St. Louis, vytvořil nový typ struktury, podobný časovému krystalu – časový kvazikrystal.

Jak říká Zu, časové krystaly jsou jako hodiny, které nepotřebují natahovat ani měnit baterie. Teoreticky mohou tikat věčně. Zároveň jsou ale křehké a citlivé na okolní prostředí. Proto jsou fyzici schopní pozorovat pár set cyklů tikání časového krystalu, než se rozpadne, což považují za úspěch. Zu a jeho kolegové teď zašli ve výzkumu těchto podivuhodných objektů dál a stvořili něco ještě exotičtější, časový kvazikrystal (time quasicrystal). Podle Zua je to jako nové skupenství hmoty.

Chong Zu. Kredit: Washington University, St. Louis.

Kvazikrystaly byly rovněž objeveny nedávno. Jsou to vysoce organizované struktury, takže se liší od amorfních látek. Současně ale jejich struktura není periodická a nejde tudíž o klasické krystaly. Stejné je to u časových kvazikrystalů. Mají organizovanou strukturu v čase, ale zahrnují vibrace na různých frekvencích. Jako kdyby namísto jediné noty hrála kakofonie zvuků.

Badatelé vytvořili časový kvazikrystal v malém, asi milimetrovém kusu diamantu, který bombardovali atomy dusíku. Po nahrazení atomů uhlíku atomy dusíku došlo k vytvoření NV center (nitrogen-vacancy center), které představuje atom dusíku (nitrogen) a sousední prázdné místo (vacancy). Výsledné časové kvazikrystaly tvoří až milion NV center. Jejich velikost je zhruba 1 mikrometr, takže jsou vidět pouze v mikroskopu. V časových kvazikrystalech je pak možné spustit „rytmy“ pomocí pulzů mikrovlnného záření.

K čemu jsou časové kvazikrystaly dobré? Společně s časovými krystaly potvrzují některé koncepce kvantové mechaniky a jsou tedy užitečné pro základní výzkum. Na obzoru jsou ale i praktické aplikace, například kvantové senzory, kterým nikdy nedojde energie, nové typy extrémně přesných hodin nebo třeba kvantové RAM paměti.

Video: Physicists Bend Time Inside a Diamond, Creating a Brand-New Phase of Matter

Literatura

Phys.org 17.3. 2025.

Physical Review X 15: 01105.