Các nhà khoa học tại Đại học Colorado Boulder đã đạt được một bước đột phá quan trọng trong vật lý chất rắn, tạo ra các tinh thể thời gian có thể nhìn thấy bằng mắt thường bằng cách sử dụng tinh thể lỏng. Phương pháp sáng tạo này cho phép quan sát trực tiếp các tinh thể thời gian trong điều kiện phòng thí nghiệm tiêu chuẩn, khác biệt với các phương pháp trước đây đòi hỏi hệ thống lượng tử phức tạp.
Nghiên cứu, có tiêu đề "Tinh thể không-thời gian từ các soliton tô pô giống hạt", đã được công bố trên tạp chí Nature Materials vào ngày 4 tháng 9 năm 2025. Tinh thể thời gian là một pha vật chất độc đáo thể hiện chuyển động tuần hoàn theo thời gian mà không cần năng lượng đầu vào, thách thức các khái niệm truyền thống về trạng thái cân bằng. Không giống như các tinh thể không gian có các mẫu lặp lại trong không gian, tinh thể thời gian duy trì một trật tự động, dựa trên thời gian.
Trong khi các nghiên cứu trước đây tập trung vào các hệ thống lượng tử, nghiên cứu này chứng minh tính khả thi của việc quan sát tinh thể thời gian trong các hệ thống cổ điển bằng cách sử dụng tinh thể lỏng. Nhóm nghiên cứu, do sinh viên tốt nghiệp Hanqing Zhao và Giáo sư Ivan Smalyukh dẫn đầu, đã sử dụng các phân tử tinh thể lỏng hình que được chứa trong các tế bào thủy tinh. Bằng cách cho các phân tử này tiếp xúc với các nguồn sáng cụ thể, họ đã tạo ra các mẫu chuyển động bền vững, giống như các cấu trúc tiến hóa theo thời gian. Các mẫu này vẫn ổn định trong nhiều giờ mà không cần năng lượng bên ngoài, thể hiện sự mạnh mẽ của pha tinh thể thời gian.
Sự hình thành các "kinks", các biến dạng cục bộ trong cách sắp xếp phân tử, đóng vai trò quan trọng trong hiện tượng này. Dưới tác động của ánh sáng, các phân tử thuốc nhuộm phủ trên kính tạo ra các lực cơ học lên tinh thể lỏng, khiến các kinks này hình thành, di chuyển và tương tác theo những cách phức tạp. Hành vi giống hạt này đã thúc đẩy các tinh thể lỏng thể hiện các chuỗi được biên đạo một cách tỉ mỉ, gợi nhớ đến một phòng khiêu vũ với những người tham gia liên tục chia tay và tái hợp.
Tiến bộ này mở ra cánh cửa cho các ứng dụng tiềm năng trong nhiều lĩnh vực, bao gồm các biện pháp xác thực siêu an toàn và công nghệ lưu trữ dữ liệu tiên tiến. Khả năng quan sát trực tiếp các tinh thể thời gian dưới kính hiển vi thông thường giúp đơn giản hóa các thiết lập thử nghiệm và mở đường cho việc tích hợp hiện tượng này vào các công nghệ thực tế.
Ý tưởng ban đầu cho nghiên cứu này bắt nguồn từ đề xuất của nhà đoạt giải Nobel Frank Wilczek vào năm 2012, gợi ý về sự tồn tại của các tinh thể thời gian như một pha vật chất mới phá vỡ đối xứng thời gian. Đáng chú ý, vào năm 2021, một nhóm các nhà vật lý đã sử dụng bộ xử lý lượng tử Sycamore của Google để tạo ra một mạng lưới các nguyên tử thể hiện các đặc điểm tinh thể thời gian thông qua các dao động được tạo ra bởi laser lặp đi lặp lại. Sự đổi mới của nhóm CU Boulder nổi bật bằng cách khai thác các tinh thể lỏng cổ điển, làm cho việc quan sát trực tiếp trở nên khả thi và đơn giản hóa đáng kể các thiết lập thử nghiệm. Đây là một cột mốc quan trọng trong việc chuyển đổi lời hứa khó nắm bắt của các tinh thể thời gian từ các hiện tượng lượng tử trừu tượng sang các công nghệ thực tế, hữu hình.
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Colorado Boulder, bao gồm Hanqing Zhao và Ivan Smalyukh, đã công bố những phát hiện này trên tạp chí Nature Materials, cho thấy cách các tinh thể thời gian này có thể mở đường cho các ứng dụng công nghệ mới. Khả năng quan sát trực tiếp và sự đơn giản trong thiết lập thử nghiệm làm cho phương pháp này trở nên hấp dẫn cho các nghiên cứu và phát triển trong tương lai.