Nová časová kryštálika poháňaná svetlom

Časové kryštály, kedysi považované za čistú teoretickú záležitosť, sa stávajú jedným z najhorúcnejších kandidátov na Nobelovu cenu. Nový výskum ukazuje, že tieto fascinujúce štruktúry, ktoré opakujú svoj stav v čase namiesto priestoru ako bežné kryštály, môžu mať prekvapivo praktické využitie. V tomto článku sa pozrieme na to, čo sú časové kryštály, ako fungujú a aké potenciálne aplikácie by mohli priniesť do nášho života.

Časové kryštály: Opakovanie v čase

Bežné kryštály, ako napríklad soľ alebo diamant, majú pravidelnú štruktúru, ktorá sa opakuje v priestore. To znamená, že ak si predstavíte kocku soli, uvidíte rovnaké usporiadanie atómov na každej strane. Časové kryštály fungujú podobne, ale namiesto opakovania v priestore sa ich štruktúra pravidelne mení v čase. Predstavte si to ako osciláciu – niečo, čo sa neustále opakuje.

Na rozdiel od bežných chemických oscilácií, časové kryštály sú fyzickou rekonfiguráciou pevnej látky. To znamená, že ide o nový jav, ktorý je odlišný od zvukových vĺn a iných známych fyzikálnych procesov.

Ako fungujú? Nový výskum s tekutými kryštálmi

Výskumníci z nedávnej štúdie sa zamerali na tekuté kryštály – látku, ktorá je medzi kvapalinou a pevným kryštalom. Tieto molekuly majú tvar tyčiek a môžu tečť ako kvapalina, ale zároveň sa ich tvar usporadúva vďaka chemickým vlastnostiam. Tekuté kryštály sú bežné napríklad v obrazovkách telefónov a notebookov, kde zmena orientácie kryštálov ovláda, ktoré svetlo prechádza.

V tomto novom výskume autori umiestnili tenkú vrstvu tekutého kryštálu medzi sklenené platne a osvetľovali ju stálym modrým svetlom. Pri správnej intenzite svetla a teplote sa materiál spontánne usporiadal do pásov, ktoré sa pohybujú. Vďaka vlastnostiam tekutých kryštálov tieto pásy polarizujú svetlo rôznym spôsobom, čo znamená, že pri pohľade cez polarizačný filter vyzerajú v rôznych farbách.

Kľúčové poznatky

• Časové kryštály: Opakujú svoj stav v čase, podobne ako bežné kryštály opakujú svoju štruktúru v priestore.
• Tekuté kryštály: Použité vo výskume na demonštrovanie časových kryštálov, ponúkajú praktické možnosti pre aplikácie.
• Ovládanie svetlom a teplotou: Osciláciu časovej kryštáliky je možné ovládať pomocou intenzity svetla a teploty.
• Odolnosť voči hluku: Oscilácie časových kryštálov sú odolné voči rušivým vplyvom, čo ich robí stabilnými.

Potenciálne aplikácie: Od zabezpečovacích prvkov po fotoniku

Výskum naznačuje, že časové kryštály by mohli mať širokú škálu praktických využití. Medzi najzaujímavejšie patria:

• Zabezpečovacie prvky: Môžu byť použité na vytváranie tenkých značiek, ktoré menia farbu obrazu pod správnym svetlom, čím je ich falšovanie takmer nemožné. To by mohlo slúžiť na zabezpečenie bankoviek alebo preukazov totožnosti.
• Kódovanie informácií: Môžu byť použité na kódovanie dodatočných informácií do čiarových kódov, čo zvyšuje ich kapacitu a bezpečnosť.
• Fotonika: Časové kryštály by mohli slúžiť ako riadené dynamické mriežky a šošovky v technológiách pracujúcich so svetlom. To je obzvlášť dôležité, pretože fotonika je horúcou témou pre vývoj ultra-rýchlych počítačov s nízkou spotrebou energie, vrátane kvantových počítačov.

Výzvy a budúcnosť

Hoci sú výsledky sľubné, existujú aj určité výzvy, ktoré je potrebné prekonať predtým, ako sa časové kryštály stanú bežnou súčasťou našich zariadení. V súčasnosti sú príliš pomalé a nepraktické na rozsiahlejšie použitie. Očakáva sa však, že s ďalším výskumom sa ich výkonnosť výrazne zlepší.

Zdroje

• Nature: Dynamic liquid crystal time crystals

Približne 80 gCO₂ bolo uvoľnených do atmosféry a na chladenie sa spotrebovalo 0.40 l vody za účelom vygenerovania tohoto článku.