Доктор Тонгун Лю, Саутгемптонский университет, Великобритания, проводит эксперименты с фотонным кристаллом времени на нано-опто-механической платформе. Кредит: Лю и др.

Кристалл времени, первоначально предложенный в 2012 году, представляет собой новое состояние материи, в котором частицы находятся в непрерывном колебательном движении. Кристаллы времени нарушают симметрию перевода времени. Дискретные кристаллы времени делают это, колеблясь под влиянием периодической внешней параметрической силы, и этот тип кристалла времени был продемонстрирован в захваченных ионах, атомах и спиновых системах.

Непрерывные кристаллы времени более интересны и, возможно, более важны, поскольку они демонстрируют симметрию непрерывного переноса времени, но могут спонтанно переходить в режим периодического движения, вызванного исчезающе малым возмущением. Теперь понятно, что это состояние возможно только в открытой системе, а непрерывное квантово-временно-кристаллическое состояние недавно наблюдалось в квантовой системе ультрахолодных атомов внутри освещенного светом оптического резонатора.

В статье, опубликованной в журнале Nature Physics, исследователи из Университета Саутгемптона в Великобритании показали, что классическую наноструктуру из метаматериала можно привести в состояние, которое демонстрирует те же ключевые характеристики, что и кристалл непрерывного времени.

«Мы изучаем взаимодействие света и материи с нано-опто-механическими метаматериалами в течение нескольких лет», — Николай И. Желудев, один из исследователей, проводивших исследование. «Недавно мы поняли, что это идеальная платформа для демонстрации состояния кристалла времени».

В рамках своего недавнего исследования Желудев и его коллеги решили реализовать кристаллическое состояние непрерывного времени с помощью фотонного метаматериала. Используемая ими система представляет собой двумерный массив плазмонных метамолекул (то есть искусственных структур, которые облегчают взаимодействие со светом на наноуровне), поддерживаемых гибкими нанопроволоками.

Исследователи продемонстрировали, что непрерывное и когерентное освещение этого фотонного метаматериала светом, резонирующим с плазмонной модой содержащихся в нем метамолекул, вызывает спонтанный фазовый переход в состояние, обладающее ключевыми свойствами кристалла непрерывного времени. Это состояние характеризуется непрерывными колебаниями, возникающими в результате многочастичных взаимодействий между метамолекулами.

«Мы обнаружили, что фотонный метаматериал, массив нанопроволок, украшенных плазмонными наночастицами, можно привести в состояние когерентных колебаний нанопроволок за счет индуцированного светом взаимодействия между частицами», — пояснил Желудев. «Эти колебания возникают спонтанно при достижении порога светового освещения. Такое поведение представляет собой непрерывный кристалл времени, новое состояние материи».

Недавнее исследование этой группы исследователей может открыть новые возможности для исследования кристаллов времени и динамических классических состояний многих тел в сильно коррелированном режиме. В будущем уникальная система, реализованная Желудевым и его коллегами, также может открыть путь к разработке новых оптических и фотонных устройств.

«Мы продемонстрировали кристалл непрерывного времени, новое состояние материи на простой классической платформе, что является существенным шагом к применению непрерывного состояния земной коры времени в устройствах фотоники», — добавил Желудев. «Сообщаемое наблюдение — это только начало, и мы продолжим изучение фундаментальных свойств нано-опто-механических кристаллов времени из метаматериала и их приложений».