اختراق جديد يمكن أن يجلب بلورات الوقت من المختبر إلى العالم الحقيقي

لقد اتخذنا للتو خطوة أخرى أقرب إلى بلورات الوقت التي يمكن استخدامها في تطبيقات عملية.

أنتج عمل تجريبي جديد درجة حرارة الغرفة بلور الزمن في نظام غير منعزل عن محيطه.

يقول الباحثون إن هذا يمهد الطريق لبلورات زمنية على نطاق الرقائق يمكن استخدامها في ظروف العالم الحقيقي ، بعيدًا عن المعدات المختبرية باهظة الثمن المطلوبة للحفاظ على تشغيلها.

“عندما يتم تبادل الطاقة في نظامك التجريبي مع ما يحيط به ، يعمل التبديد والضوضاء جنبًا إلى جنب لتدمير الترتيب الزمني ،” يقول المهندس حسين طاهري من جامعة كاليفورنيا ، ريفرسايد.

“في منصتنا الضوئية ، يحقق النظام توازنًا بين الكسب والخسارة لإنشاء بلورات الوقت والحفاظ عليها.”

بلورات الزمن ، التي يشار إليها أحيانًا باسم بلورات الزمكان ، والتي تم التأكد من وجودها بالفعل منذ بضع سنوات فقط ، هي رائعة كما يوحي الاسم. إنها مرحلة من المادة تشبه إلى حد كبير البلورات العادية ، مع خاصية إضافية مهمة للغاية.

في البلورات العادية ، يتم ترتيب الذرات المكونة في أ هيكل شبكي ثابت ثلاثي الأبعاد – تعتبر الشبكة الذرية للماس أو بلورة الكوارتز مثالاً جيدًا. يمكن أن تختلف هذه المشابك المتكررة في التكوين ، ولكنها داخل تشكيل معين لا تتحرك كثيرًا ؛ يكررون فقط مكانيًا.

في بلورات الزمن ، تتصرف الذرات بشكل مختلف قليلاً. تتأرجح ، تدور أولاً في اتجاه واحد ، ثم في الاتجاه الآخر. هذه التذبذبات – التي يشار إليها باسم “التكتكة” – مقفلة على تردد منتظم ومحدد. حيث تتكرر بنية البلورات المنتظمة في الفضاء ، تتكرر في بلورات الوقت في المكان والزمان.

لدراسة بلورات الوقت ، غالبًا ما يستخدم العلماء مكثفات بوز-آينشتاين لأشباه جسيمات الماغنون. يجب أن يتم الاحتفاظ بها في درجات حرارة منخفضة للغاية ، قريبة جدًا من الصفر المطلق. هذا يتطلب معدات مختبرية متخصصة ومتطورة للغاية.

في بحثهم الجديد ، ابتكر طاهري وفريقه بلورة زمنية بدون تبريد فائق. كانت بلورات وقتهم عبارة عن أنظمة كمومية بصرية تم إنشاؤها في درجة حرارة الغرفة. أولاً ، أخذوا ميكروسونور صغير ، قرص مصنوع من زجاج فلوريد المغنيسيوم قطره مليمتر واحد فقط. ثم قاموا بقصف هذا المورّان الضوئي بأشعة ليزر.

أشارت النتوءات دون التوافقية ذاتية الحفظ (solitons) الناتجة عن الترددات المتولدة عن شعاعي الليزر إلى تكوين بلورات زمنية. يقوم النظام بإنشاء مصيدة شعرية دوارة للملفات الضوئية التي تعرض بعد ذلك الدورية.

استخدم الفريق للحفاظ على سلامة النظام في درجة حرارة الغرفة قفل الحقن الذاتي، وهي تقنية تضمن احتفاظ إخراج الليزر بتردد بصري معين. ويقول الباحثون إن هذا يعني أنه يمكن نقل النظام من المختبر واستخدامه في التطبيقات الميدانية.

بالإضافة إلى الاستكشافات المستقبلية المحتملة لخصائص بلورات الوقت ، مثل انتقالات الطور ، والتفاعلات البلورية الزمنية ، يمكن استخدام النظام لأخذ قياسات جديدة للوقت نفسه. قد يتم دمج بلورات الوقت ، يومًا ما ، في أجهزة الكمبيوتر الكمومية.

“نأمل أن يمكن استخدام هذا النظام الفوتوني في مصادر ترددات لاسلكية مدمجة وخفيفة الوزن مع استقرار فائق وكذلك في ضبط الوقت بدقة” طاهري يقول.

تم نشر بحث الفريق في اتصالات الطبيعة.