شکستن مرز فیزیک: نخستین کریستال زمان مرئی جهان با درخشش نئونی ساخته شد
به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، فیزیکدانان دانشگاه کلرادو بولدر یک «کریستال زمان» قابل مشاهده برای چشم انسان ساخته‌اند.
فرانک ویلچک، برنده جایزه نوبل، برای اولین بار مفهوم کریستال زمان را در سال ۲۰۱۲ مطرح کرد.
در حالی که سایر کریستال‌ها، مانند الماس، با یک الگوی شبکه‌ای تکرارشونده در فضا تعریف می‌شوند، یک کریستال زمان ساختار سازمان‌یافته مشابهی دارد، اما در بُعد زمان.
اجزای آن ساکن نمی‌مانند، بلکه در یک چرخه بی‌پایان حرکت می‌کنند و تغییر شکل می‌دهند.
طراحی این ماده می‌تواند فناوری‌های جدید مختلفی از جمله اقدامات ضد جعل، بارکد‌های دوبعدی و دستگاه‌های نوری را امکان‌پذیر کند.
هانکینگ ژائو، نویسنده اصلی و دانشجوی کارشناسی ارشد در دانشکده فیزیک دانشگاه کلرادو بولدر، گفت: «آنها را می‌توان مستقیماً زیر میکروسکوپ و حتی در شرایط خاص با چشم غیرمسلح مشاهده کرد.
کریستال زمان زیر میکروسکوپ
اگرچه زمانی تصور می‌شد که کریستال‌های زمان غیرممکن و ناقض یک قانون کلیدی ترمودینامیک هستند، اما برای اولین بار در آزمایشی در سال ۲۰۱۶ مشاهده شدند.
یک نمونه قابل توجه در سال ۲۰۲۱ رخ داد، زمانی که فیزیکدانان از کامپیوتر کوانتومی گوگل برای ایجاد شبکه‌ای از اتم‌ها استفاده کردند که پس از تحریک توسط لیزر، حرکات خود را تکرار می‌کردند.
این آفرینش جدید در میان آنها منحصر‌به‌فرد است، زیرا «اولین» آفرینش در جهان است که با چشم انسان قابل مشاهده است.
ژائو و همکارش، پروفسور ایوان اسمالیوخ، برای دستیابی به این دستاورد از کریستال‌های مایع - همان موادی که در نمایشگر‌های تلفن یافت می‌شوند - استفاده کردند.
محققان سلول‌های شیشه‌ای را با کریستال‌های مایع پر کردند، که مولکول‌های میله‌ای شکلی هستند که خواص جامد و مایع را از خود نشان می‌دهند.
تاباندن نور خاصی به نمونه‌ها باعث می‌شود کریستال‌های مایع در الگو‌های تکراری حرکت کنند.
وقتی زیر میکروسکوپ مشاهده شود، الگو‌های چرخشی این اثر هنری شبیه «نوار‌های ببر روانگردان» هستند و در یک چرخه مداوم و تکرارشونده می‌رقصند.
اسمالیوخ گفت: «همه چیز از هیچ زاده می‌شود. تنها کاری که شما انجام می‌دهید این است که نوری بتابانید، و تمام این دنیای کریستال‌های زمان پدیدار می‌شود.» محققان مکانیسم پشت این پدیده را توضیح دادند.
وقتی مولکول‌ها فشرده می‌شوند، به هم می‌پیوندند و «پیچ‌خوردگی‌هایی» تشکیل می‌دهند. این پیچ‌خوردگی‌ها می‌توانند حرکت کنند و در شرایط مناسب، درست مانند اتم‌ها رفتار کنند.
اسمالیوخ خاطرنشان کرد: «آنها مانند ذرات رفتار می‌کنند و شروع به برهمکنش با یکدیگر می‌کنند.»
استفاده در اقدامات ضد جعل
در این مطالعه جدید، محققان یک محلول کریستال مایع را بین دو قطعه شیشه که با مولکول‌های رنگی پوشانده شده بودند، قرار دادند.
در حالی که نمونه در ابتدا ساکن بود، تاباندن نور خاصی بر روی آن باعث تغییر موقعیت مولکول‌های رنگ شد.
مانند رقصندگان در یک سالن رقص، این مولکول‌ها بار‌ها و بار‌ها از هم جدا می‌شوند، می‌چرخند و دوباره به هم برمی‌گردند.
این الگو به طرز چشمگیری پایدار بود و حتی با تغییر دمای نمونه نیز بدون تغییر باقی می‌ماند.
اسمالیوخ گفت: «زیبایی این کریستال زمان در همین است. شما فقط شرایطی را ایجاد می‌کنید که چندان خاص نیستند. شما نوری می‌تابانید و همه چیز اتفاق می‌افتد.»
محققان پیشنهاد می‌کنند که این مواد می‌توانند اقدامات پیشرفته ضد جعل ایجاد کنند.
برای مثال، تعبیه «واترمارک‌های زمانی» در پول رایج می‌تواند به یک نور ساده اجازه دهد تا الگویی منحصر‌به‌فرد و متحرک را آشکار کند که کپی کردن آن تقریباً غیرممکن خواهد بود.
علاوه بر این، فیزیکدانان پیشنهاد می‌کنند که کریستال‌های زمان می‌توانند روی هم انباشته شوند تا الگو‌های پیچیده‌تری ایجاد کنند. این ساختار می‌تواند راهی جدید برای ذخیره داده‌های دیجیتال بزرگ باشد.
با توسعه و آزمایش بیشتر این فناوری، تیم تحقیقاتی معتقد است که می‌توان از آن به روش‌هایی غیر از آنچه در مطالعه‌ی فعلی ذکر شده است، استفاده کرد.
این یافته‌ها در مجله Nature Materials گزارش شده است.
