NaukaTechnologia

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:

Z ODCHODAMI DINOZAURÓW PRZEZ ŚWIAT

Nowe informacje o ewolucji dinozaurów dzięki prześwietleniu skamieniałych odchodów. Ponad 500 skamieniałych odchodów przeanalizowali naukowcy z Polski i Szwecji, aby…

NA DRODZE DO HOMO CYBER

Firma Elona Muska testuje wszczepiane do mózgu chipy, które mają połączyć umysł z komputerem. O możliwej ewolucji Homo sapiens w…

ZBADAJ SIŁĘ NIKOTYNOWEGO NAŁOGU

Światowa Organizacja Zdrowia klasyfikuje uzależnienie od nikotyny jako chorobę. Każdy palacz łatwo może sprawdzić, czy jest uzależniony od tego nałogu…

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,…

TOAST – NA ZDROWIE?

Na zdrowie! Czyżby? O tym, kiedy toast nie jest dobrym pomysłem. Okolicznościowe picie alkoholu w celach rekreacyjnych znane jest od…

WARSZAWSKI FESTIWAL FILMOWY

37. Warszawski Festiwal Filmowy startuje 8 października Festiwal odbywać się będzie w dniach 8-17 października w formule tradycyjnej. Festiwalowymi kinami…

DEKAMERON – LANDOLFO RUFFOLO

DZIEŃ DRUGI Opowieść IV Pisownia oryginalna z 1930 roku Zubożały Landolfo Ruffolo staje się korsarzem. Genueńczycy chwytają go w niewolę.…

KOT ROSYJSKI NIEBIESKI

Kot rosyjski niebieski ? opis, charakter, opinie właścicieli. Gdy mówi się o kotach pełnych wdzięku i gracji, ma się na myśli…

MOTOSKANDYNAWIA CZĘŚĆ  4

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

PRZEMOC WOBEC SENIORA

Przemoc wobec osób starszych. Najczęściej ze strony opiekuna W 2015 roku 43 proc. ankietowanych Polaków przyznało, że zna przypadek stosowania…

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…

KIA SPORTAGE PIĄTEJ GENERACJI

Europejską wersję bestsellerowej Kia Sportage zaprojektowano tak, aby ustanowiła nowe standardy w segmencie SUV-ów w Europie. Najpopularniejszy model marki Kia…

BIGOREKSJA

Mężczyźni też mają zaburzenia odżywiania. To najczęściej mężczyźni borykają się z zaburzeniem, które ma wiele wspólnego z anoreksją: fiksację na…

WYDRUKUJ SOBIE SCHABOWEGO

Prof. Majewska: drukowana żywność to już nie fantastyka naukowa, ale rzeczywistość. Naukowcy pracują nad nowymi zastosowaniami druku 3D do produkcji…

DEKAMERON – ZAZDROŚĆ

DZIEŃ CZWARTY Opowieść III Pisownia oryginalna z 1930 roku Trzej młodzieńcy, miłujący trzy siostry, uciekają pospołu z niemi na wyspę…

JAK DOBRAĆ STANIK (VIDEO)

Stanikowe dylematy – pytania do brafitterki. Opinie i poglądy opublikowane na portalu cocomac.pl są wyłącznie opiniami i poglądami ich Autorów.…

ŚWIATOWY TYDZIEŃ JASKRY

Zbadaj, czy nie masz jaskry W Światowym Tygodniu Jaskry, który przypada na dni od 12 do 18 marca, w wybranych…

GENY PREINKASKIEJ CYWILIZACJI TIWANAKU

Badania genetyczne rzucają światło na przedinkaską cywilizację Tiwanaku. Jedna z najpotężniejszych cywilizacji preinkaskich Ameryki Południowej ? Tiwanaku – była zdecydowanie…

JAKĄ MASZ SAMOOCENĘ?

Poznaj wartość samego siebie i żyj lepiej. Ktoś o niskim poczuciu własnej wartości czuje się gorszy. Efekt? Taka osoba często…

KAMPANIA MIU MIU WIOSNA / LATO 2021

MIND MAPPING ALLISON to przede wszystkim malarka, ale zajmuje się różnymi rzeczami, plakatami i instalacjami. CHLOÉ obecnie próbuje uzyskać licencję…

TWOJA WIEDZA O SEKSIE

Wiedza seksualna. Czy na pewno ją posiadasz? Ile wiemy o własnej seksualności i czy oswoiliśmy tematy związane z tą intymną…

TRĄDZIK U DOROSŁYCH

Trądzik – nie tylko młodzieńcza przypadłość Masz trądzik? Unikaj słońca! O tym, że dorośli też zmagają się z trądzikiem ?…

DZIECKO SIĘ DRAPIE? MOŻE TO PFIC

Straszliwy świąd, który prowadzi do przeszczepu wątroby. Przeraźliwy, uporczywy świąd towarzyszy im niemal bez przerwy. Zaburza sen i normalne funkcjonowanie…

NOWA KOMEDIA „KOMEDIANCI DEBIUTANCI”

Najlepsza europejska komedia ?Komedianci debiutanci?. Zwiastun i data premiery kinowej Niezwykła historia grupy więźniów, którzy grają w słynnej sztuce Samuela…

TRANSHUMANIZM – NOWY ULEPSZONY CZŁOWIEK

Transhumanizm przewiduje zniesienie wyjątkowości człowieka. Według transhumanizmu człowiek naturalny utraci uprzywilejowaną pozycję w środowisku naturalnym i wytworów technologii ? mówi…

KAMPANIA MIU MIU JESIEŃ ZIMA 2022-23

STUDIUM CHARAKTERU Wizerunek Miu Miu – zarówno ubrań, jak i osób, to wyrażenie postawy, odzwierciedlenie sposobu myślenia, studium charakteru. Kampania…

KONIEC DEMOKRACJI JAKĄ ZNAMY?

Prof. Kisielewicz o ChatGPT: to koniec demokracji, jaką znamy. Osoby-firmy dysponujące takimi siłami obliczeniowymi mogą kontrolować całe społeczeństwa. To się…

DEKAMERON – DROGA DO RAJU

DZIEŃ TRZECI Opowieść IV Pisownia oryginalna z 1930 roku Don Felice poucza brata Puccia, jak ma drogą pokuty zbawienia dostąpić.…

PRACODAWCO DBAJ O ZDROWIE PRACOWNIKÓW

Jak pracodawcy mogą zadbać o zdrowie swoich pracowników Otyłość i choroby jej towarzyszące, niski poziom aktywności fizycznej oraz starzenie się…

MARIHUANA – NA ZDROWIE

Coraz więcej wiemy o medycznej marihuanie. Marihuana budzi kontrowersje. Niewątpliwie jest substancją psychoaktywną, która może prowadzić do uzależnienia. Z drugiej…

CO MÓWIĄ STAROŻYTNE TKANINY

Średniowieczne tkaniny „mówią” o życiu mieszkańców Starej Dongoli. Mieszkańcy Starej Dongoli (Sudan) recyklingowali ubrania, bo wiedzieli, że produkcja tkanin jest…

DOBRE BAKTERIE NIE SĄ ZŁE

Dbajmy o dobre bakterie w jelitach Liczba bakterii w ludzkim organizmie jest 10 razy większa niż komórek budujących ciało. Po…

Ćwiczenie nr 3

PALCE – PIĘTY Pozycja do wykonania ćwiczenia: siedzącaIlość powtórzeń: 20Do wykonania ćwiczenia potrzebujesz: stabilne miejsce do siedzenia np. krzesło, kanapa,…

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…

DEKAMERON – PIELGRZYM

DZIEŃ TRZECI Opowieść VII Pisownia oryginalna z 1930 roku Tedaldo, w niezgodzie z swoją damą będący, opuszcza Florencję. Po pewnym…

JAK ZLIKWIDOWAĆ BLIZNĘ

Blizny można leczyć Blizna bywa dla pacjenta problemem nie tylko kosmetycznym. Oprócz tego, że może powodować dyskomfort fizyczny związany z…

JAK SIĘ SKUTECZNIEJ UCZYĆ

Jak się lepiej uczyć? Kilka trików. Ręka do góry – kto lubił, albo lubi chodzić do szkoły! Kto lubi spędzać…


[CP_CALCULATED_FIELDS id=”7″]

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

error

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

Przejdź do treści