Forscher der Universität von Colorado Boulder haben erstmals sichtbare Zeitkristalle mithilfe von Flüssigkristallen erschaffen. Diese bahnbrechende Leistung, veröffentlicht am 4. September 2025 in "Nature Materials", ermöglicht die direkte Beobachtung von Zeitkristallen unter gewöhnlichen Laborbedingungen und stellt einen bedeutenden Fortschritt gegenüber früheren, komplexeren Methoden dar.
Zeitkristalle sind eine einzigartige Materiephase, die sich durch eine periodische Bewegung in der Zeit auszeichnet, ohne dass hierfür Energie aufgewendet werden muss. Im Gegensatz zu räumlichen Kristallen mit ihrer sich wiederholenden Struktur im Raum, besitzen Zeitkristalle eine zeitliche Ordnung. Die wegweisende Arbeit von Hanqing Zhao und Professor Ivan Smalyukh nutzte stabförmige Flüssigkristallmoleküle in Glaskammern. Durch gezielte Lichteinwirkung wurden anhaltende Bewegungsmuster induziert, die stabil über Stunden Bestand hatten und so die Robustheit der Zeitkristallphase demonstrierten.
Die Entstehung von sogenannten "Kinks", lokalen Verzerrungen in der Molekülanordnung, war hierbei entscheidend. Unter Lichteinfluss übten Farbstoffmoleküle auf den Glasflächen mechanische Kräfte aus, welche die Bildung, Bewegung und Interaktion dieser Kinks bewirkten. Dieses Teilchen-ähnliche Verhalten führte zu präzise choreografierten Sequenzen der Flüssigkristalle, vergleichbar mit einem Ballsaal, in dem sich Paare ständig trennen und wiederfinden.
Die Inspiration für diese Forschung geht auf die Vision des Nobelpreisträgers Frank Wilczek aus dem Jahr 2012 zurück, der die Existenz von Zeitkristallen als neue Materiephase vorschlug, die die zeitliche Translationssymmetrie bricht. Während frühere Forschungen, wie die von Google im Jahr 2021 mit dem Sycamore-Quantenprozessor, sich auf Quantensysteme konzentrierten, ermöglicht der Ansatz der CU Boulder-Gruppe mit klassischen Flüssigkristallen eine direkte und vereinfachte Beobachtung. Diese Entwicklung eröffnet vielversprechende Perspektiven für Anwendungen in Bereichen wie ultra-sichere Authentifizierung und fortschrittliche Datenspeicherung.
Die Möglichkeit, Zeitkristalle direkt unter einem gewöhnlichen Mikroskop zu beobachten, vereinfacht experimentelle Aufbauten und ebnet den Weg für die Integration dieses Phänomens in praktische Technologien. Die Forscher sind Teil des Colorado-Satelliten des International Institute for Sustainability with Knotted Chiral Meta Matter (WPI-SKCM2) mit Hauptsitz an der Universität Hiroshima in Japan. Die Einfachheit, mit der diese Zeitkristalle durch Beleuchtung mit einer bestimmten Lichtwellenlänge unter moderaten Bedingungen erzeugt werden können, unterstreicht die Zugänglichkeit und Skalierbarkeit dieses Ansatzes. Es sind keine extremen Umgebungen oder exotischen Materialien erforderlich; das Phänomen ergibt sich aus den inhärenten Eigenschaften von Flüssigkristallen in Verbindung mit lichtempfindlichen Farbstoffen. Diese Entdeckung bereichert die Grundlagenphysik, indem sie eine greifbare Manifestation der zeitlichen Symmetriebrechung in einem klassischen System darstellt und die Vorstellung herausfordert, dass Materie einen Nicht-Gleichgewichts-Zustand mit periodischem zeitlichem Verhalten aufrechterhalten kann.