Дослідники з Університету Колорадо в Боулдері досягли значного прориву у фізиці конденсованої матерії, створивши перші видимі часові кристали за допомогою рідких кристалів. Цей інноваційний підхід дозволяє безпосередньо спостерігати часові кристали за стандартних лабораторних умов, що відрізняється від попередніх методів, які вимагали складних квантових систем.
Дослідження, опубліковане 4 вересня 2025 року в журналі Nature Materials, відкриває нові горизонти для розуміння та застосування цієї унікальної фази матерії. Часові кристали — це особливий стан речовини, який демонструє періодичний рух у часі без зовнішнього енергетичного впливу, кидаючи виклик традиційним уявленням про рівновагу. На відміну від просторових кристалів, що мають повторювані структури у просторі, часові кристали підтримують динамічний, часовий порядок.
Команда, очолювана аспірантом Ханьціном Чжао та професором Іваном Смалюхом, використала стрижнеподібні молекули рідких кристалів, ув'язнені в скляних комірках. Під впливом специфічного світла ці молекули створювали стійкі патерни руху, що нагадують часові структури. Ці патерни залишалися стабільними протягом годин без додаткової енергії, демонструючи стійкість фази часового кристалу. Ключову роль у цьому явищі відіграли так звані "кінки" — локалізовані спотворення у розташуванні молекул.
Цей прогрес відкриває двері для потенційних застосувань у таких сферах, як надбезпечна автентифікація та передові технології зберігання даних. Можливість безпосереднього спостереження часових кристалів під звичайним мікроскопом спрощує експериментальні установки та прокладає шлях до інтеграції цього явища в практичні технології. Натхненням для цього дослідження стала візіонерська пропозиція нобелівського лауреата Френка Вілчека у 2012 році, який передбачив існування часових кристалів як нової фази матерії, що порушує часову симетрію.
Інновація команди CU Boulder виділяється використанням класичних рідких кристалів, що робить пряме спостереження можливим і значно спрощує експериментальні установки. Це є ключовим етапом у переході від невловимої обіцянки часових кристалів як абстрактних квантових явищ до практичних, відчутних технологій. Експериментальна установка, розроблена Чжао та Смалюхом, передбачала розміщення розчину рідких кристалів між двома скляними пластинами, кожна з яких була покрита специфічними молекулами барвника, що динамічно реагують на світло.
Потенційні застосування таких часових кристалів є надзвичайно широкими та різноманітними. Наприклад, вбудовування цих матеріалів у валюту могло б революціонізувати технології боротьби з підробками. На відміну від традиційних водяних знаків або голограм, часовий водяний знак зі змінним у часі візерунком, активованим світлом, було б надзвичайно важко відтворити. Критично важливо, що очевидна простота створення цих часових кристалів — лише шляхом освітлення системи світлом певної довжини хвилі за помірних умов — підкреслює доступність та масштабованість цього підходу.
Чжао та Смалюх пов'язані з Міжнародним інститутом сталого розвитку з вузлуватою хіральною метаматерією (WPI-SKCM2) зі штаб-квартирою в Університеті Хіросіми в Японії. Їхня спільна робота демонструє зростаючу глобальну природу передових досліджень, поєднуючи експертизу з різних континентів для дослідження незвіданих сфер просторово-часової фізики. Дивлячись у майбутнє, відкриття видимих часових кристалів знаменує початок захопливої подорожі.