پرده برداری از ظهور دو کریستال زمانی تازه کشف شده در سیستم‌های متناوب اسپینی، تحت اثر پالس‌های NMR

کریستال زمانی را می‌توان به عنوان مجموعه‌ای از اشیا که به طور خود به خود در طی زمان الگویی را تشکیل می‌دهند در نظر گرفت. درست مانند موجودات درون یک کریستال نرمال که به طور خود به خود الگویی را در فضا نشان می‌دهد. نظریه پردازان کریستال‌های زمانی را در سال 2012 پیش بینی کردند و اولین نتایج تجربی در سال 2017 ظهور کرد. اکنون، دو گروه مجزا از هم، گونه‌های جدیدی را به لیست سیستم‌هایی که می‌توانند رفتار کریستال زمانی از خود نشان دهند، افزوده‌اند. هر دو آزمایش علائم گسسته‌ای وابسته به کریستال زمانی را در سیستم‌های اسپینی پیدا کردند که بوسیله تکنیک NMR کنترل می‌شود. در اولین حالت، اسپین‌ها درون یک کریستال جامد هستند و در دومین مورد، درون مولکول‌های ستاره گونه‌ای درون یک مایع قرار دارند. این یافته‌ها فرضیات موجود مبنی بر یافتن شرایط لازم برای تشکیل کریستال زمانی را به چالش می‌کشد.

کریستال‌های زمانی متفاوت از سایر سیستم‌های متناوب زمانی (مانند پاندول یا ضربان قلبی) هستند، بطوری که آنها با همان آهنگ سیستم تحریک کننده به حرکت در نمی‌آیند. در عوض، آنها با تناوبی نوسان می‌کنند که ضریب صحیحی از تناوب نیروی وادارنده باشد. به علاوه، مبنی بر بیشتر مدل‌ها نیروی وادارندۀ متناوب کریستال را بیش از حد گرم می‌کند و این در حالی است که یک کریستال متناوب زمانی را تنها در صورتی خواهیم داشت که نسبت به گرمایش‌های ناشی از پدیده‌های بی نظم کننده مانند جایگزیدگی بس ذره‌ای پایدار باشد. ‌

اولین کریستال زمانی در سیستم‌های بی نظم گزارش شد. اگرچه، گروهی از محققان به سرپرستی Sean Barrett از دانشگاه Yale علائمی از یک کریستال زمانی را در یک مکان غیرقابل انتظار مشاهده کردند و آن یک کریستال فضایی مرتب شده (دی هیدروژن فسفات آمونیوم) بود. این تیم از پالس‌های رادیو فرکانس استفاده کردند تا به طور متناوب اسپین‌های هسته فسفر-31 در داخل کریستال را دوران دهند. با وجود عدم بی نظمی در یک ساختار کریستالی، اسپین‌ها رفتار کریستال زمانی را نشان می‌دادند و با تناوبی که دو برابر دوره پالس اعمالی است نوسان می‌کنند. برای بررسی این مقوله، این تیم به توسعه یک تکنیک جدید NMR پرداختند که جزئیات آن در یک مقاله پیرو آمده است.

U. Mandal/ IISER Pune

در یک آزمایش NMR دیگر، Ganesh Sreejith و همکارانش از موسسه علمی آموزشی-تحقیقاتی واقع در Pune، هند رفتار کریستال زمانی را در یک حالت مایع با استفاده از مولکول‌ها با یک اسپین مرکزی و چندین اسپین پیرامونی بررسی کردند. محققان این مولکول‌های ستاره مانند را در معرض یکسری پالس رادیویی قرار دادند و دریافتند که مغناطش مولکول‌ها با نوسانی دو برابر دورۀ پالس اعمالی نوسان می‌کند. این تناوب حتی بدون بی نظمی در سیستم ظاهر می‌شود و نسبت به اختلال ،مانند تغییرات در زاویه دوران اسپینی، پایدار می‌ماند.

منبع: Time Crystals Multiply