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:

KLESZCZOWE ZAPALENIE MÓZGU

Kleszczowe zapalenie mózgu – fakty, które warto znać. Wraz z nowym sezonem na kleszcze wielu z nas zetknęło się już…

KONKURS MIĘDZYNARODOWY 38.WFF

Konkurs Międzynarodowy 38. Warszawskiego Festiwalu Filmowego. W tegorocznym Konkursie Międzynarodowym podczas Warszawskiego Festiwalu Filmowego zobaczyć będzie można 15 filmów, w…

MOTOSKANDYNAWIA CZĘŚĆ  3

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

KAMPANIA MODIVO FW2021/22

Twój Wybór – Jedno Miejsce. MODIVO to świat modowych przeżyć, w którym offline przenika się z online. Multibrand umacnia swoją…

ROZGRYZANIE MÓZGU

Wiele problemów psychicznych wynika z braku zrozumienia, jak działają nasze umysły. O mózgu wiemy co najwyżej promil tego, co chcielibyśmy…

SAMSUNG GALAXY Z FLIP4 I GALAXY Z FOLD4

Samsung. Czas na nową definicję smartfonów Samsung przesuwa granice wszechstronności, prezentując czwartą generację foldów z udoskonalonymi możliwościami multitaskingu i swobodą…

RAK JELITA GRUBEGO

Rak jelita grubego: jak uniknąć? Czy można z nim żyć? Zaawansowany rak jelita grubego chorobą przewlekłą? To się może zdarzyć.…

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…

DOMY BEZ ŚWIATŁA I LUSTER

Prof. Marciniak-Kajzer: w średniowiecznym domu brakowałoby mi światła i luster. Gdybym miała mieszkać w średniowiecznym domu, najbardziej brakowałoby mi światła…

PRZEWLEKŁY STAN ZAPALNY

Cichy i podstępny złodziej naszego zdrowia Większości z nas stan zapalny kojarzy się głównie z ostrym, lecz przejściowym i najczęściej…

NAPĘDY NA 4 KOŁA W TOYOTACH

Napędy na cztery koła w samochodach Toyoty. Osiem segmentów i sześć różnych technologii. Gama Toyoty obejmuje dziewięć modeli z napędem…

EGIPT – ZNALEZIONO SKULONE ZWŁOKI

Elitarny grób sprzed 1,5 tys. lat odkryli archeolodzy w Berenike. Siedem skulonych szkieletów, położonych w kilku warstwach, znajdowało się w…

WODÓR, WODÓR I JESZCZE RAZ WODÓR

Wodór jako lekarstwo na wysokie ceny energii i węgla – RoadShow 2023 #OswajamyWodor. Przydomowe stacje tankowania wodoru, wodorowe pompy ciepła,…

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…

ZADBAJ O WAPŃ

Jesteś kobietą po pięćdziesiątce? Zadbaj o wapń! Po ukończeniu 51. roku życia aż o jedną piątą zwiększa się u kobiet…

FAKTY I MITY O SEKSIE SENIORÓW

Mówi się o nim mało i niechętnie. Ale dla wielu osób w starszym wieku stanowi źródło satysfakcji i radości życia.…

HALUKSY – KOŚLAWE PALUCHY

Czy haluksom można zapobiegać? Zniekształcenie stopy może być nabyte albo wrodzone. Charakterystyczne dla haluksów jest koślawe ustawienie palucha i szpotawe (czyli…

DYSTONIA – MIMOWOLNE RUCHY

Dystonia: mimowolne ruchy, które trzeba leczyć u neurologa Silne napięcie mięśni, mimowolne powtarzające się ruchy, wygięcie ciała – tak objawia…

DOKARMIANIE PTAKÓW

Dlaczego nie można dokarmiać dzikich ptaków chlebem? Zimowa pora to trudny czas zarówno dla ludzi, jak i dla dziko żyjących zwierząt.…

WYSPA WIELKANOCNA A TECHNOLOGIA 3D

Technologia 3D pomaga w badaniach pisma z Wyspy Wielkanocnej. Powstał trójwymiarowy model unikatowej tabliczki, pokrytej tajemniczym pismem z Wyspy Wielkanocnej.…

SINSAY – BLACK LUCK

Powrót klasyki w kolekcji Sinsay Black Luck. TEGO LATA SINSAY WRACA DO MODY Z LAT 90. W JEJ NAJBARDZIEJ ZMYSŁOWEJ ODSŁONIE. PODSTAWĘ…

MIGRENA

Migrena – co to jest i jak sobie z nią radzić? To z pewnością nie jest zwykły ból głowy, a…

DEKAMERON – MARTELLINO  KALEKA

DZIEŃ DRUGI Opowieść I Pisownia oryginalna z 1930 roku Martellino, rzekomy kaleka, udaje, że ozdrowiał, zbliżywszy się do szczątków świętego.…

DEKAMERON – OFIARY MIŁOŚCI

DZIEŃ CZWARTY Opowieść VIII Pisownia oryginalna z 1930 roku Girolamo miłuje Sylwestrę. Spełniając prośbę matki, udaje się do Paryża; po…

DLACZEGO SIĘ OSZUKUJEMY

Iluzje i rzeczywistość: dlaczego czasem sami się oszukujemy? Nieświadomie stosowane mechanizmy obronne powodują, że ludzie nie widzą oczywistych prawd. W…

GROŹNE ODMROŻENIA

Zimą uważaj na odmrożenia Kiedy na skórę działa zimno, naczynia krwionośne się zwężają, a to prowadzi do jej dalszego wychłodzenia.…

YORK CZYLI YORKSHIRE TERRIER

Mały pies nie tylko do bloku. York to mały pies rasy terier, pierwotnie hodowany w angielskich hrabstwach Yorkshire (stąd yorkshire terrier)…

MIASTENIA

Poważna choroba, której otoczenie może nie dostrzegać. Co pomyślisz o kimś, kto rano myje okno, a po południu twierdzi, że…

METAWERSUM – CO NAS CZEKA?

Dr Marta R. Jabłońska: trudno teraz przewidzieć wszystkie skutki metawersum. Metawersum będzie nową formą interakcji z cyberprzestrzenią. To jak będziemy…

MINI CONCEPT ACEMAN

Pierwszy elektryczny model crossover w nowej rodzinie MINI. MINI prezentuje model studyjny jako zapowiedź nowej koncepcji pojazdu w segmencie małych…

DEKAMERON – SKĄPIEC GRIMALDI

DZIEŃ PIERWSZY Opowieść VIII Pisownia oryginalna z 1930 roku Wilhelm Borsiere ostremi słony wyszydza skąpstwo messera Ermina de Grimaldi. Siedząca…

UPADEK SENIORA

Upadki u seniorów – jak im zapobiegać? Upadki są szóstą przyczyną śmiertelności wśród osób starszych, a także główną przyczyną śmierci…

PIWNICZNA-ZDRÓJ

Piwniczna-Zdrój zaprasza W Beskidzie Sądeckim, w dolinie rzeki Poprad, pomiędzy pasmami Radziejowej i Jaworzyny Krynickiej leży Piwniczna-Zdrój, miasto-uzdrowisko. Zachwycająca pod…

WYPALENIE U OPIEKUNÓW OSÓB STARSZYCH

Opiekunowie rodzinni osób starszych – zagrożeni wypaleniem i depresją Opieka nad bliską osobą starszą w wielu przypadkach wymaga reorganizacji własnego…

ŹRÓDŁA BŁONNIKA

Jakie są najlepsze źródła błonnika pokarmowego? Błonnik nie jest jednorodną substancją, lecz mieszaniną różnego rodzaju związków chemicznych. Z tego względu…

CITROËN & CHOPIN

Premiera teledysku Citroën & Chopin: Voyage. Fortepian nad polskim morzem. Co łączy postacie Fryderyka Chopina i Andre Citroëna? Obaj byli…

DWAJ RYWALE

DZIEŃ PIĄTY Opowieść V Pisownia oryginalna z 1930 roku Guidotto z Cremony porucza córkę swoją Giacominowi z Pawji i umiera.…

BŁONNIK NIEJEDNO MA IMIĘ

Choć włókno pokarmowe, zjadane wraz z żywnością pochodzenia roślinnego, nie poddaje się działaniu enzymów trawiennych człowieka, to jednak stanowi niezbędny…

GRA PLANSZOWA SPRZED 4 TYSIĘCY LAT

Oman/ Polscy archeolodzy odkryli grę planszową sprzed ponad 4 tys. lat Kamienną planszę do gry z zaznaczonymi polami i zagłębieniami…


[CP_CALCULATED_FIELDS id=”7″]

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. :)

zostań naszym autorem
Skip to content