Wissenschaftler erzeugen mikrometergroße Raum-Zeit-Kristalle

Ein Kristall ist ein Festkörper, dessen Atome oder Moleküle regelmäßig in einer bestimmten Struktur angeordnet sind.

Wenn Sie es durch ein Mikroskop betrachten, können Sie esErkennen Sie ein Atom oder Molekül immer in gleichen Abständen. Dies ähnelt Raum-Zeit-Kristallen: Bei ihnen existiert eine sich wiederholende Struktur nicht nur im Raum, sondern auch in der Zeit. Die kleinsten Bauteile sind ständig in Bewegung, bis sie nach einer gewissen Zeit wieder in ihren ursprünglichen Zustand zurückkehren.

2012 Nobelpreisträger für PhysikFrank Wilczek entdeckte die Symmetrie der Materie in der Zeit. Er gilt als Entdecker dieser sogenannten Zeitkristalle, obwohl er sie als Theoretiker nur hypothetisch vorausgesagt hat. Seitdem haben mehrere Wissenschaftler nach Material gesucht, in dem dieses Phänomen beobachtet wird. Die Tatsache, dass Raumzeitkristalle existieren, wurde erstmals 2017 bestätigt. Die Strukturen waren jedoch nur wenige Nanometer groß und bildeten sich nur bei sehr niedrigen Temperaturen unter –250 ° C. Die Tatsache, dass es Wissenschaftlern nun gelungen ist, relativ große Raum-Zeit-Kristalle mit einer Größe von einigen Mikrometern auf Video bei Raumtemperatur zu zeigen, gilt als wegweisend. Aber auch, weil sie zeigen konnten, dass ihr Zeit-Raum-Kristall von Magnonen mit anderen Magnonen interagieren kann, die damit kollidieren.

„Wir haben eine sich regelmäßig wiederholende Struktur gewähltMagnonen in Raum und Zeit schickten weitere Magnonen, und schließlich zerstreuten sie sich. Damit konnten wir zeigen, dass der Zeitkristall mit anderen Quasiteilchen interagieren kann. Das konnte bisher noch niemand direkt in einem Experiment zeigen, geschweige denn auf Video.“

Nick Traeger, Doktorand am Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme

In ihrem Experiment platzierten Wissenschaftler einen Streifenmagnetisches Material zu einer mikroskopischen Antenne, durch die sie HF-Strom leiteten. Dieses Mikrowellenfeld erzeugte ein oszillierendes Magnetfeld, die Energiequelle, die die Magnonen im Streifen stimulierte - ein Spinwellen-Quasiteilchen. Magnetische Wellen wanderten zu den linken und rechten Streifen und verdichteten sich spontan zu einem sich wiederholenden Muster in Raum und Zeit. Im Gegensatz zu trivialen stehenden Wellen bildete sich dieses Muster, noch bevor sich zwei konvergierende Wellen treffen und schneiden konnten. Ein Muster, das regelmäßig von selbst verschwindet und wieder auftaucht, muss ein Quanteneffekt sein.

Die Einzigartigkeit der Öffnung wird ebenfalls genutztEine Röntgenkamera, mit der Sie nicht nur Wellenfronten mit sehr hoher Auflösung sehen können, die 20-mal besser ist als das beste Lichtmikroskop. Dies kann jedoch sogar mit bis zu 40 Milliarden Bildern pro Sekunde und mit extrem hoher Empfindlichkeit gegenüber magnetischen Phänomenen erreicht werden.

„Wir konnten zeigen, dass es solche Kristalle gibtRaumzeiten sind viel zuverlässiger und weiter verbreitet als erwartet. Unser Kristall kondensiert bei Raumtemperatur und im Gegensatz zu einem isolierten System können Partikel mit ihm interagieren. Außerdem hatte er eine Größe erreicht, mit der sich mit diesem Magnon-Raumzeitkristall etwas anfangen ließe. Daraus könnten sich viele potenzielle Anwendungen ergeben.“

Paweł Gruszecki, Wissenschaftler an der Fakultät für Physik der Adam-Mickiewicz-Universität in Posen

Klassische Kristalle haben eine sehr breiteAnwendungsgebiet. Wenn Kristalle nicht nur räumlich, sondern auch zeitlich interagieren können, können Wissenschaftler möglichen Anwendungen eine weitere Dimension hinzufügen. Das Potenzial für Kommunikationstechnologie, Radar- und Bildgebungstechnologie ist enorm.

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