科罗拉多大学博尔德分校（CU Boulder）的研究团队在凝聚态物理学领域取得了重大突破，他们成功利用液晶创造出了可见的时间晶体。这项创新性方法使得在标准实验室条件下可以直接观察到时间晶体，这与以往需要复杂量子系统的研究方法截然不同。该研究题为“来自类粒子拓扑孤子的时空晶体”，已于2025年9月4日发表在《自然·材料》杂志上。
时间晶体是一种独特的物质相，其特点是在不消耗能量的情况下表现出周期性运动，这挑战了传统的平衡概念。与在空间上具有重复图案的空间晶体不同，时间晶体维持着一种基于时间的动态有序。虽然早期研究集中在量子系统，但这项研究证明了使用液晶观察时间晶体的可行性。由研究生赵汉青（Hanqing Zhao）和伊万·斯马柳赫（Ivan Smalyukh）教授领导的研究团队，利用了被限制在玻璃腔内的杆状液晶分子。通过暴露于特定光源，他们诱导了类似于时间演化结构的持续运动模式。这些模式在没有外部能量输入的情况下保持了数小时的稳定，展示了时间晶体相的鲁棒性。
“扭结”（kinks）的形成，即分子排列中的局部畸变，在此现象中起到了关键作用。在光照下，玻璃内壁的染料分子对液晶施加机械力，导致这些扭结形成、移动并以复杂的方式相互作用。这种类粒子行为促使液晶呈现出精心编排的序列，令人联想到一个充满不断分离和重聚舞伴的舞厅。这项进展为包括超安全身份验证措施和先进数据存储技术在内的多个领域开辟了新的可能性。能够直接观察时间晶体极大地简化了实验设置，并为将这一现象整合到实际技术中铺平了道路。
与此前在量子计算机（如谷歌的Sycamore处理器）上实现的、需要复杂环境的时间晶体相比，这种基于经典液晶的方法更易于实现和观察。时间晶体的概念最早可追溯到2012年诺贝尔奖得主弗兰克·威尔切克（Frank Wilczek）的远见卓识的提议，他设想时间晶体作为一种打破时间对称性的新物质相。与原子晶格的周期性空间结构不同，时间晶体的周期性存在于时间维度中，其构成粒子在不消耗能量的情况下永恒振荡。
赵汉青和斯马柳赫的研究方法涉及将液晶溶液夹在两块玻璃板之间，每块玻璃板都涂有对光响应的特定染料分子。当系统被照射时，这些染料分子会发生重定向，对液晶基质施加物理约束，从而触发上述扭结的自发出现。这些扭结的行为类似于粒子，它们的相互作用产生了宏观可观测的时间有序性，弥合了量子时间晶体与宏观可观测效应之间的鸿沟。这项研究不仅在基础物理学上丰富了我们对经典系统中时间平移对称性破缺的理解，也为实际应用带来了巨大潜力。
例如，将这些材料嵌入货币中可以彻底改变防伪技术，创造出难以复制的“时间水印”。通过堆叠不同的时间晶体，还可以实现复杂的数据存储解决方案，为信息技术开辟新的途径。赵汉青和斯马柳赫隶属于日本广岛大学的国际可持续性打结手性超物质研究所（WPI-SKCM2）。他们的合作成果体现了前沿研究日益全球化的趋势，汇集了跨越大陆的专业知识，共同探索时空物理学未知的领域。这项可见时间晶体的发现标志着一个激动人心的旅程的开始，预示着一个将时间模式像空间结构一样可操纵和融入技术的时代即将到来。