KRYSZTAŁY CZASOWE

Prof. Krzysztof Sacha: dzięki kryształom czasowym powstaje czasotronika.

Grupa naukowców ze Stanów Zjednoczonych oraz prof. Krzysztof Sacha z Uniwersytetu Jagiellońskiego, przedstawiła właśnie przełomowe dokonania w pracach nad kryształami czasowymi o czym donosi czasopismo Nature Communications. Kryształy czasowe to badane dopiero od 10 lat struktury, które podobnie, jak kryształy w przestrzeni, wykazują regularność, ale w czasie. Prawdopodobnie można w nich odtworzyć różnego typu elementy, np. nadprzewodniki czy tranzystory.

Prof. Krzysztof Sacha jest profesorem na Wydziale Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej Uniwersytetu Jagiellońskiego. Znany jest m.in. z prac nad kondensatem Bosego-Einsteina, solitonami i różnymi dynamicznymi fazami materii. Należy do pionierów zajmujących się kryształami czasowymi. Publikację Nature Communications można znaleźć tutaj.

PAP: Nazwa kryształy czasowe może się niektórym kojarzyć bardziej z ezoteryką, niż z nauką. Co to takiego?

K.S.: Wokół nas widzimy zwykłe kryształy – przestrzenne, czy to diamenty u jubilera, czy ziarenka soli w solniczce. Wszystkie one są tak zbudowane, że składają się z atomów ułożonych w regularne, powtarzające się w przestrzeni wzory. Powstają one spontanicznie w wyniku oddziaływań między tymi atomami. W 2012 roku laureat Nagrody Nobla Frank Wilczek zapytał, czy w podobny sposób układ wielu cząstek może spontanicznie wprowadzić się w powtarzalny w czasie ruch. To tak, jakbyśmy zamienili miejscami przestrzeń i czas. Na zwykły kryształ patrzymy w wybranym momencie i widzimy regularną strukturę w przestrzeni. W krysztale czasowym natomiast nie interesuje nas tak bardzo układ przestrzenny – może on wyglądać bardzo różnie, ale patrzymy na regularność jego ruchu w czasie.

PAP: Miejski autobus też wykonuje periodyczny ruch – nieustannie wraca do tych samych przystanków, a jednak nie jest kryształem czasowym.

K.S.: Nie jest nim też na przykład wahadło. Rzecz w tym, aby układ składał się z wielu elementów, które wzajemnie tak ze sobą oddziałują, że ruch układu spontanicznie staje się powtarzalny. Kluczowa jest właśnie ta samoorganizacja.

PAP: Zwykłe kryształy chyba łatwiej zrozumieć…

K.S.: W zasadzie to jest proste, choć nawet jak rozmawiam z doświadczonymi fizykami, to często trudno jest im od razu zrozumieć ideę kryształów czasowych. Sam, gdy pierwszy raz się z nią spotkałem, nie wiedziałem, o co w niej chodzi. Potrzeba trochę na czasu, aby przyzwyczaić się do nowego spojrzenia.

PAP: Kiedy Pan się zainteresował tą dziedziną?

K.S.: Pomysł na kryształ zaproponowany przez prof. Franka Wilczka w 2012 roku zakładał, że kwantowy układ wielu ciał jest w stanie wprawić się w ruch okresowy nawet jeśli jego energia jest minimalna, co okazało się błędne. Frank Wilczek zadał jednak genialne pytanie, czy można szukać kryształów czasowych. O pomyśle Wilczka dowiedziałem się w 2012 roku dzięki prof. Jakubowi Zakrzewskiemu, który został poproszony przez czasopismo Physical Review Letters o napisanie komentarza do artykułu Wilczka. Niedługo potem okazało się, że idea Wilczka jest błędna, a do mnie dotarło, że kryształy czasowe mogą powstawać w układach, które zaburzane są okresowo zmieniającą się siłą i tak zrodziły się tzw. dyskretne kryształy czasowe. Kolejne grupy badawcze zaczęły potem badać i tworzyć pierwsze dyskretne kryształy czasowe i tak rozpędziła się nowa dziedzina.

PAP: Pana zespół dokonał jednak dużego i to podwójnego przełomu…

K.S.: Pierwsza sprawa to temperatura. Dotychczasowe kryształy czasowe wymagały użycia niskich temperatur, a nawet temperatury niemal zera bezwzględnego. Jak można sobie wyobrazić, wymaga to zaawansowanego laboratorium. Nie można więc mówić o jakichkolwiek praktycznych zastosowaniach takich systemów. Naszej grupie udało się natomiast stworzyć kryształ działający w temperaturze pokojowej. Zajmujemy się rodzajem kryształów czasowych zwanych dyskretnymi. Ich tworzenie polega m.in. na tym, że ruch jest wzbudzany zewnętrzną siłą, w naszym przypadku – promieniowaniem pochodzącym z dwóch laserów. Nasze lasery nie muszą być przy tym ultra-precyzyjne, ani duże, a sam kryształ powstaje we wnęce optycznej.

PAP: A drugi sukces?

K.S.: Do tej pory udawało się uzyskać kryształy, które były małymi kryształami w wymiarze czasowym – miały okres dwa razy dłuższy niż okres działania wzbudzającej siły, np. wspomnianych laserów. To tak jakby zwykły kryształ przestrzenny złożony był tylko z dwóch atomów. Nam udało się stworzyć kryształ o dużo dłuższym okresie, niż okres siły wymuszającej. W takim układzie możemy już prowadzić eksperymenty z fizyki ciała stałego, a to może prowadzić do praktycznych zastosowań.

PAP: Do wykorzystania za moment wrócimy. Proszę jeszcze powiedzieć, jak udało się Państwu dokonać tych przełomów?

K.S.: Pierwsze kryształy tworzone były w łańcuchach jonów, albo tzw. centrach azotowych w diamentach. My wykorzystaliśmy zupełnie inne podejście. Wykorzystaliśmy zwykły kryształ z fluorku magnezu w kształcie dysku o rozmiarach ok. 1 mm. To właśnie wspomniana wcześniej wnęka optyczna. Wpuściliśmy do niej fotony z dwóch laserów. Kryształ czasowy tworzą same fotony. We wnęce, z powodu nieliniowych procesów, fotony samoorganizują się w regularne impulsy światła pojawiające się z okresem innym niż okres dyktowany przez wiązki laserowe.

PAP: Powiedział Pan o praktycznych rozwiązaniach. Co może powstać dzięki takim kryształom? Powstało nawet niezwykle brzmiące pojęcie „czasotronika”. Na czym ona polega?

K.S.: Kiedy zaczęliśmy w Krakowie prowadzić badania nad fizyką ciała stałego w wymiarze czasowym, dosyć szybko okazało się, że można w ten sposób odtworzyć wiele zjawisk, które znamy z tradycyjnej fizyki ciała stałego. Stworzyliśmy więc pojęcie „czasotronika”. Tak jak elektronika polega na praktycznym wykorzystaniu ruchu elektronów, spintronika – na wykorzystaniu elektronowego spinu, atomtronika – manipulacji atomami, tak czasotronika polega na praktycznych zastosowaniach kryształów czasowych. Można, jak się okazuje, budować z nich takie elementy, jak izolatory, przewodniki, nadprzewodniki. Badania zmierzają więc w tym kierunku, a my jesteśmy ich prekursorami.

PAP: Patrząc z praktycznego punktu widzenia, co więc na przykład będzie można stworzyć – lepsze komputery?

K.S.: Z przestrzennych kryształów możemy tworzyć diody, tranzystory i inne układy. Jeśli chodzi o kryształy czasowe, to dopiero otwierają się nowe horyzonty. Być może da się zrealizować eksperymentalnie czasowy odpowiednik tranzystora, a jak takich tranzystorów będzie więcej to może da się z nich zbudować użyteczne urządzenia. Wiemy już, że można łączyć przestrzenne struktury krystaliczne z kryształami czasowymi i tworzyć nawet sześciowymiarowe struktury krystaliczne. Powstają nowe możliwości niedostępne wcześniej, a w ślad za nimi podążą nowe pomysły ich praktycznego wykorzystania.

PAP: Czym by to mogło zaowocować?

K.S.: To teraz już spekulując, być może procesor komputera działałby dużo sprawniej jeśli część operacji można by było wykonać w strukturze krystalicznej w czasie.

PAP: A komputery kwantowe?

K.S.: Trudno w tej chwili na to pytanie odpowiedzieć, ale jest pewna możliwość także i w tej dziedzinie. Otóż okazuje się, że kryształy czasowe to kwantowe układy wielu ciał, które zaskakująco dobrze opierają się termalizacji. W typowej sytuacji okresowo napędzany układ wielu ciał szybko zaczyna zachowywać się jak obiekt podgrzany do wysokiej temperatury. Kryształy czasowe bardzo długo wykazują spójną kwantową ewolucję, a taka własność jest podstawą działania komputerów kwantowych. Pamiętajmy jednak, że kryształ czasowy jest bardzo świeżym pomysłem w fizyce, ale pomysłem atrakcyjnym bo przyciąga nowych badaczy.

PAP: Jakie Państwo mają dalsze plany?

K.S.: Współpracujemy z grupą badawczą prof. Petera Hannaforda z Melbourne, która tworzy kryształy czasowe w ultrazimnych gazach atomowych. Zespół ten planuje eksperymentalnie przetestować nowe teoretyczne pomysły naszego autorstwa. Dotyczą one właśnie odtwarzania zjawisk fizyki ciała stałego w czasie i tego, jak można by zbudować praktyczne, czasowe urządzenia, na przykład wspomniane tranzystory.

PAP: Czy inne polskie zespoły też zajmują się tą dziedziną?

K.S.: Wiem, że na Uniwersytecie im. Adama Mickiewicza w Poznaniu prowadzone są badania eksperymentalne związane z kryształami czasowymi. Pojawiają się też pojedyncze publikacje z innych ośrodków. To dobry znak, bo ważne jest, aby w tych badaniach także w Polsce rozwinęła się silna konkurencja. To zawsze pomaga.

Źródło informacji: Nauka w Polsce

Ilustracja: Freepik

Treści z serwisu cocomac.pl mają na celu polepszenie, a nie zastąpienie, kontaktu pomiędzy Użytkownikiem Serwisu a jego lekarzem. Serwis ma z założenia charakter wyłącznie informacyjno-edukacyjny. Przed zastosowaniem się do porad z zakresu wiedzy specjalistycznej, w szczególności medycznych, zawartych w naszym Serwisie należy bezwzględnie skonsultować się z lekarzem. Administrator nie ponosi żadnych konsekwencji wynikających z wykorzystania informacji zawartych w Serwisie.

Opinie i poglądy opublikowane na portalu cocomac.pl są wyłącznie opiniami i poglądami ich Autorów. Nie należy ich utożsamiać z poglądami redakcji. Również opinie wyrażane w publikowanych informacjach nie odzwierciedlają poglądów redakcji i wydawcy, a mają charakter informacyjny.
Widzisz błąd w artykule, niedziałający link? Poinformuj nas o tym poprzez formularz kontaktowy lub mailem! Dziękujemy.

TO TEŻ CIEKAWE:

DDA – DOROSŁE DZIECI ALKOHOLIKÓW

Syndrom DDA lub DDD: dziedzictwo wzrastania w dysfunkcyjnej rodzinie Z uwagi na bardzo duże rozpowszechnienie choroby alkoholowej, jest bardzo wiele…

ORYX ARABSKI URATOWANY

Dusza pustyni: Jak uratowano oryksa arabskiego przed groźbą wymarcia. Oryks arabski został sklasyfikowany jako wymarły na wolności, ale teraz stada…

ŚPIEW TO ZDROWIE

Wyśpiewaj sobie zdrowie! Poprawia nastrój, zmniejsza poczucie osamotnienia, może nawet usprawniać pamięć i zdolności poznawcze. Działa szczególnie dobrze, gdy dzieli…

DZIECKO A ŚMIERĆ BLISKIEJ OSOBY

Jak rozmawiać z dziećmi o chorobie, izolacji i śmierci dziadków? Choroby i śmierć osób bliskich towarzyszą naszym rodzinom od zawsze.…

DBAJ O HEMOROIDY

O hemoroidy trzeba… dbać. Hemoroidy ma każdy! Problem pojawia się, gdy się powiększą – to przypadłość 5 proc. dorosłej populacji…

CUKRZYCA – EPIDEMIA XXI WIEKU

Cukrzyca to pierwsza niezakaźna choroba, która została uznana przez ONZ za epidemię XXI wieku. Eksperci Instytutu Żywności i Żywienia są zgodni:…

Ćwiczenie nr 12

MINI – PRZYSIADY Pozycja do wykonania ćwiczenia: stojąca.Ilość powtórzeń: 2 serie po 10 powtórzeń.Do wykonania ćwiczenia potrzebujesz: powierzchnię do oparcia…

UWAGA NA DIETY Z INTERNETU

Blogi, portale internetowe pełne są porad dotyczących zdrowego odżywiania i diet wspomagających leczenie różnych schorzeń. Jak poruszać się w tym…

SIA DEBIUTUJE JAKO REŻYSERKA

Sia debiutuje jako reżyserka filmem „MUSIC” z Kate Hudson i Maddie Ziegler. Data premiery i zwiastun Legenda światowej muzyki, 9-krotnie…

AUSTRALIA – KRAJOBRAZ OPOWIEDZIANY CZ. 3

Geolog postrzega ziemię jako wynik historycznych i prehistorycznych procesów: fałdowanie skorupy ziemskiej, pękanie i uskoki, powstawanie osadów. Te procesy zachodzące…

POLSKIE NIETOPERZE

Nie wplątują się we włosy; nie piją krwi; polskie gatunki nietoperzy są owadożerne Nietoperze nie wplątują się we włosy. Polskie…

SENIOR ZA KIEROWNICĄ

Senior za kółkiem: co warto wiedzieć. Choć z wiekiem obniża się nasza sprawność fizyczna i psychiczna, są sposoby na to,…

CZY FOLIA ALUMINIOWA SZKODZI?

Czy aluminium szkodzi? Robisz grilla i pieczesz karkówkę na aluminiowej tacce, albo rybkę w aluminiowej folii? Panikować z tego powodu…

DZIECI I PORNOGRAFIA

Rzetelnie rozmawiając z dzieckiem o seksualności możesz zapobiec nieszczęściu. Fakty są takie: ponad połowa dzieci w wieku szkolnym choć raz…

PIES TO ZDROWIE

Pies jako wsparcie dla zdrowia. Pod pewnymi warunkami Prof. Zbigniew Religa radził niektórym swoim pacjentom, by sprawili sobie psa. Wiedział,…

DZIEŃ SINGLA

Święto singli 15 lutego przestaje być anonimowym dniem w Polsce i Europie. Święto singli, choć jeszcze mało popularne, jest obchodzone…

SZANUJ PSA

Szanujmy potrzeby i predyspozycje poszczególnych ras – radzą weterynarze. Wszystkie psy mają 78 chromosomów, w których zawarta jest informacja genetyczna…

ZAKRZEPICA – CO WARTO O NIEJ WIEDZIEĆ

Zakrzepica to bardzo częsty problem. Lepiej sporo o niej wiedzieć. Rocznie rozpoznaje się w Polsce kilkadziesiąt tysięcy nowych przypadków zakrzepicy,…

KUNY CORAZ WIĘKSZE

Ocieplenie klimatu powoduje zwiększanie rozmiarów ciała kun w Europie. Masa ciała kun leśnych i domowych żyjących w Europie w ostatnich…

JAK SIĘ UBRAĆ NA WESELE

PORADNIK DLA OJCA PANA MŁODEGO/ PANNY MŁODEJ. Jan Adamski Ojcowie panny młodej i pana młodego odgrywają podczas ślubu i wesela…

DARE TO BE U! KAMPANIA HOUSE SS22

WSZYSCY DZIELIMY JAKIEŚ PRAGNIENIA. CHCE NAM SIĘ PRZESTRZENI, WOLNOŚCI I NATURY; CHCE NAM SIĘ CZASU TYLKO DLA NAS I TYLKO DLA BLISKICH;…

ELEKTRYCZNY OSOBISTY OCZYSZCZACZ POWIETRZA

Wyjątkowy osobisty oczyszczacz powietrza LG PuriCare™. Firma LG wprowadziła na rynek osobisty oczyszczacz powietrza LG PuriCare™. To rewolucyjne rozwiązanie budzi…

OGRÓDEK PSU NIE WYSTARCZA

Ogródek nie równa się spacerowi, czyli dlaczego psy muszą wychodzić na dłuższy spacer? Wiele rodzin, kupując dom z ogródkiem, decyduje się…

INTELIGENCJA ROJU

Ekspert: wzrasta zainteresowanie algorytmami inteligencji roju Inspiracją do powstania algorytmów inteligencji roju jest świat natury, na przykład zachowania mrówek. Tego…

SZTUCZNA INTELIGENCJA MALUJE OBRAZY

Obraz namalowany przez sztuczną inteligencję oceniamy jako mniej wartościowy Gdy ludzie dowiadują się, że obraz został namalowany przez sztuczną inteligencję,…

PRZEWLEKŁE ZMĘCZENIE

Przewlekłe zmęczenie: 10 najczęstszych przyczyn Czujesz się ciągle zmęczony lub wyczerpany? Ulgi nie przynosi ci ani sen, ani nawet dwutygodniowy…

50+ TO NIE SENIOR

Impact’21: pokolenia 50 plus nie chcą być nazywane przez marketingowców „seniorami”. Rosnąca wskutek zmian demograficznych grupa klientów 50 plus nie…

CZY DEPRESJA JEST DZIEDZICZNA?

Depresja może się przenosić z pokolenia na pokolenie. Można to przerwać. Wydawałoby się, że depresja to choroba, która pojawia się…

JAK NAUCZYĆ PSA KOMEND?

Praktyczny poradnik szkolenia Próbujesz trenować ze swoim psem, ale nie widzisz efektów? Nie wiesz, czy warto próbować dalej, zgłosić się do…

MUSZYNA W PIGUŁCE

Najlepsze atrakcje, zabytki i jedzenie. Muszyna nazywana jest „miastem ogrodów”. To właśnie tutaj znajdują się największe w kraju rozbudzające wszystkie…

NA POMOC WODOROWE OGNIWA PALIWOWE

Bosch i Weichai Power zwiększają do 50 procent sprawność silników Diesla do ciężarówek Weichai Elektromobilność nabiera coraz większego znaczenia. Jest…

CHORE JELITA A SEKS

Jak się kochać, gdy chore są jelita Choroby nieswoiste jelit sprawiają wiele problemów w życiu na każdym poziomie – także…

JAKA SZCZOTECZKA DO ZĘBÓW?

Jak dobrać właściwą szczoteczkę do zębów Na rynku dostępnych jest dziś kilka rodzajów szczoteczek do zębów. Oprócz tradycyjnych są również…

HIPERURYKEMIA

By nadmiar kwasu moczowego nie zepsuł lata, czyli dieta osób z hiperurykemią. Kiedy lato jest w rozkwicie, rozpoczynają się wakacje,…

LECZENIE OTYŁOŚCI

Otyłość bardzo trudno wyleczyć samą tylko dietą i ruchem. Jeśli już rozwinie się zaawansowana choroba otyłościowa, samymi dietą i ruchem…

MOTOSKANDYNAWIA CZĘŚĆ  2

16 lat przymierzałem się aby ponownie odwiedzić Skandynawię. A tu niespodziewanie, latem, okazało się, że mam czas i jakieś mizerne…

OWOCE JAGODOWE A ODPORNOŚĆ

Co warto wiedzieć na ten temat. Układ odpornościowy człowieka to skomplikowana maszyneria, której sprawne działanie zależy od wielu różnych czynników,…

GOŚĆ – MACIEJ ORŁOŚ  (VIDEO)

Maciej Orłoś w telegraficznym skrócie. O kulisach dziennikarstwa, życiu i nie tylko porozmawiamy z jednym z najbardziej lubianych i cenionych…

DYSORTOGRAFIA TO NIE DYSLEKSJA

Badania pracy mózgu: dysortografia to nie jest lżejsza forma dysleksji. Dysortografia wcale nie jest – jak może się niektórym wydawać…

PO CO NAM PSYCHOTERAPIA

Psychoterapia to nie rozmowa z przyjaciółką Na psychoterapii nie uzyskamy porady, czy się rozwieść, czy odejść z pracy. Psychoterapeuta nie…


Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.

Witryna wykorzystuje Akismet, aby ograniczyć spam. Dowiedz się więcej jak przetwarzane są dane komentarzy.

error

Jeżeli artykuł Ci się podoba, to prosimy udostępnij go innym. :)

Skip to content