Ғалымдар алғаш рет сұйық кристалдарды пайдаланып, оптикалық диапазонда көрінетін уақытша кристалл жасай алды.

Кристалдар мен уақытша кристалдар дегеніміз не

Кәдімгі кристалдар — бұл ішкі құрылымы белгілі бір тәртіппен қайталанатын қатты денелер. Олардың қасиеттері құрамына, формасына және элементар ұяшықтың құрылымына байланысты. Мысалы, графит пен алмаз екеуі де көміртектен тұрады, бірақ құрылымы әртүрлі: графитпен жазуға болады, ал алмазбен тасты бұрғылайды.

Уақытша немесе темпоралды кристалдардың ерекшелігі — олардың ішкі құрылымы тек кеңістікте ғана емес, уақыт бойынша да қайталанады. Мұндай кванттық жүйелерді қысқа циклді видео немесе gif-анимация ретінде елестетуге болады. Уақытша кристалдар идеясын Нобель сыйлығының лауреаты Фрэнк Вильчек 2012 жылы ұсынған, ал 2017 жылы екі тәуелсіз ғылыми топ осындай құрылымдарды алғаш рет жасап, нәтижелерін Nature журналында жариялады.

Уақытша кристалдарды бақылаудағы серпіліс

Бұрын уақытша кристалдардың бар екені тек жанама түрде — спектроскопия және кванттық күйлерді өлшеу арқылы дәлелденген еді. Жаңа зерттеуде физиктер уақытша кристалдарды тікелей оптикалық микроскоп арқылы бақылай алды. Бұл жұмыс Nature Materials журналында жарияланды.

Көрінетін уақытша кристалдарды қалай жасады

Эксперимент үшін ғалымдар сұйық кристалдармен толтырылған шыны ұяшықтар жасады. Бұл кристалдардың молекулалары таяқша тәрізді, сұйықтық сияқты қозғалады, бірақ белгілі бір тәртіппен құрылым түзе алады. Дұрыс қысқанда молекулалар тығыз топтарға жиналып, иіле бастайды.

Профессор Иван Смалюх былай дейді: «Бұл иілімдерді жүйеден оңай алып тастау мүмкін емес. Олар бөлшектер сияқты әрекет етіп, бір-бірімен әрекеттесе бастайды».

Эксперимент барысында сұйық кристалдардың ерітіндісі бояғыш молекулалармен қапталған екі шыны пластинаның арасына орналастырылды. Жарық түскенде бояғыш молекулалар бағытын өзгертіп, сұйық кристалдарды қысып, жаңа иілімдердің пайда болуына себеп болды.

Уақытша кристалдарды бақылау және олардың қасиеттері

Пайда болған иілімдер өзара әрекеттесе бастады. Микроскоп астында кристалдар «психоделикалық жолақтар» сияқты көрініп, бірнеше сағат бойы қозғалды. Бірақ бұл қозғалыс мәңгі емес: жүйе сырттан энергия алады, ал бағытталған жарық болмаса, қозғалыс тоқтайды.

Қозғалыс паттерндері өте тұрақты болды — зерттеушілер үлгілердің температурасын өзгерткенде де сұйық кристалдардың қозғалысы бұзылмады.

Смалюх атап өтеді: «Уақытша кристалдың сұлулығы осында. Сіз тек белгілі бір жағдай жасайсыз, кристалға жарық түсіресіз — әрі қарай бәрі өздігінен жүреді».

Мүмкін болатын қолданбалар

Ғалымдардың айтуынша, уақытша кристалдар әртүрлі салаларда қолданылуы мүмкін. Мысалы, оларды банкноттардың түпнұсқалығын белгілеу және растау үшін пайдалануға болады. Сонымен қатар, уақытша кристалдарды майоран фермиондарымен біріктіру арқылы сенімді әрі қарапайым кванттық компьютерлер жасауға жол ашылады.