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:

ORYKS ARABSKI URATOWANY

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

MINIKIWI

Minikiwi ? co warto wiedzieć o jego walorach odżywczych i zdrowotnych Choć ten niepozorny owoc jest w naszym kraju wciąż…

AUDI TT RS COUPE ICONIC

Ekskluzywna limitowana edycja Audi TT RS Coupé iconic edition zachwyca innowacyjnym designem i dynamiką. Audi TT Coupé ma już 25…

STAROŻYTNE BANKIETY NA CYPRZE

Polscy archeolodzy odkryli miejsce starożytnych bankietów. Spożywano tam prawdopodobnie mięso zwierząt ofiarnych, a z pewnością pito wino ku czci bogów…

POWRÓT RYSIA

Rysie Horaj i Skalny świetnie sobie radzą po powrocie do natury Horaj i Skalny, osierocone młode rysie, które nabrały sił…

SENIOR CZĘSTO NIEDOŻYWIONY

Triki na dobrą dietę dla seniora. Seniorzy mają specjalne potrzeby żywieniowe, które wynikają z procesu starzenia się, ograniczenia sprawności fizycznej,…

PRZYKURCZE STAWÓW U NOWORODKA

Kiedy na świat przychodzi noworodek z przykurczami stawów. Raz na trzy do pięciu tysięcy porodów rodzi się dziecko z przykurczami…

HISTORIA MODY – HAUTE COUTURE

Co to takiego haute couture? Każdy, kto choć trochę interesuje się modą, spotkał się z pojęciem haute couture i pret-a-porter.…

GROŹNE ODWODNIENIE KIEROWCY

Odwodnienie śmiertelnym zagrożeniem kierowcy. Nie wszyscy zdają sobie sprawę z fatalnych konsekwencji odwodnienia kierowcy. Zanim wyruszysz w podróż na długi…

DEKAMERON – MELCHISEDECH LICHWIARZ

DZIEŃ PIERWSZY Opowieść III Pisownia oryginalna z 1930 roku Melchisedech ? żydowin, opowieścią o trzech pierścieniach salwuje się z niebezpieczeństwa,…

Ćwiczenie nr 10

RĘCE DO SUFITU Pozycja do wykonania ćwiczenia: stojąca.Ilość powtórzeń: 5.Do wykonania ćwiczenia potrzebujesz: -. Pozycja wyjściowa: Ćwiczenie: Obejrzyj wideo z…

JAGODY  KAMCZACKIE

Dlaczego warto jeść jagody kamczackie? Powiedzieć, że jagody kamczackie są owocami o dużej wartości odżywczej, to jakby nic nie powiedzieć.…

TOYOTA YARIS CROSS

Yaris Cross kolejnym hitem Toyoty w Polsce. Rewelacyjne wyniki przedsprzedaży. 1 października Yaris Cross zadebiutuje w polskich salonach dilerskich podczas…

FIBROMIALGIA

Co to jest i jak się ją diagnozuje? Tego schorzenia nie widać, a powoduje istotne cierpienie. Nie pokażą jej testy…

CAŁUJ – NIE ŻAŁUJ

Czy całowanie jest zdrowe? Choć niektórym może być trudno w to uwierzyć, nie wszyscy lubią się całować. Tymczasem romantyczne pocałunki…

POSTANOWIENIA – JAK WYTRWAĆ

Jak wytrwać w realizacji postanowień. Według badań potrzebujemy od 21 nawet do 70 dni, aby zmienić swoje nawyki, a realizacja…

JAK ZLIKWIDOWAĆ BLIZNĘ

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

NOWY SEZON NA SŁUŻEWCU

?Bomba w górę!? ? w niedzielę rusza kolejny sezon wyścigów konnych na Służewcu. Aż 68 koni startujących w ośmiu gonitwach,…

HYUNDAI SANTA FE

Hyundai zaprezentował radykalnie odmienionego, całkowicie nowego SANTA FE. Piąta generacja SUV-a klasy średniej zachowuje swój charakter łączący naturę z miastem,…

POZYTYWNA STRONA STRESU

Stres szkodliwy, ale czasami przynosi pożytki. Stres obecnie nie ma dobrej prasy. Słusznie uznawany jest za czynnik, który w połączeniu…

MUMIA JEDNAK NIE JEST W CIĄŻY

Mumia egipska z Warszawy nie była w ciąży – w jej miednicy znajdują się… pakunki. Nie płód, ale kilka zawiniątek…

USUWANIE ZŁYCH NAWYKÓW

Psycholog o usuwaniu złych nawyków: każde nasze działanie ma jakiś cel Nie każde działanie nawykowe może wydawać się sensowne. Ale…

DO REKLAMY EKSKLUZYWNEJ MARKI ALKOHOLU

Do reklamowej sesji zdjęciowej producenta alkoholu poszukujemy kobiet i mężczyzny. Sesja zdjęciowa odbędzie się 01 lutego, w Warszawie.  Na zgłoszenia…

ROZWÓJ DZIĘKI FRAKTALOM

Prof. Katunin: znajomość fraktali pozwoliła rozwinąć ważne technologie i przysłużyła się rozrywce. Geometryczne obiekty, jakimi są fraktale, dawniej zwano ?matematycznymi…

PRZEKSZTAŁCANIE FILMU NA KOMIKS

Autorzy technologii zamiany filmu na komiks współtworzą awatary dla metaverse. Polska technologia pozwalająca na automatycznie przeniesienie ujęć filmowych na kartki…

OSTATNI TAKI LAS

Ostatni taki las. Zielona Wstęga Gór Skandynawskich Szwecja to jeden z najbardziej lesistych krajów Europy. Ale dopiero niedawno potwierdzono tam…

DEKAMERON – GIOVANNI BOCCACCIO

PROLOG Pisownia oryginalna z 1930 roku ?Zaczyna się pierwszy dzień Dekameronu, w którym po wyjaśnieniach autora, dla jakiej przyczyny osoby,…

25 LAT MACIEJA ZIENIA

Maciej Zień świętuje 25-lecie swojej marki kolekcją „Black and White Symphony”. We wnętrzach Teatru Wielkiego Opery Narodowej odbyła się prezentacja…

DYSMORFOFOBIA A URODA

Obsesja na punkcie wyglądu jest chorobą, którą trzeba leczyć. Problemem pacjentów z dysmorfofobią jest permanentne niezadowolenie ze swojego wyglądu. Kłopot…

WYPALENIE U OPIEKUNÓW OSÓB STARSZYCH

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

MUSZYNA W PIGUŁCE

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

“Sportowa Natura”

7 marca wystartowała kolejna edycja konkursu “Sportowa Natura”. Lasy Państwowe łącza siły z klubami sportowymi i wspólnie zachęcają do aktywnego…

ROKITNIK

Rokitnik ma dziesięciokrotnie więcej witaminy C niż cytryna i zachowuje ją w przetworach. Poznajmy najwartościowsze źródło witaminy C. Uprawiany z…

REAKCJA KOMÓREK NA POLE MAGNETYCZNE

Biolodzy po raz pierwszy zaobserwowali reakcje komórek na pole magnetyczne Japońska grupa badaczy po raz pierwszy, w czasie rzeczywistym zaobserwowała,…

PIES DLA SENIORA

Pies najlepszym przyjacielem babci i dziadka? Terapię osób z demencją i chorobą Alzheimera mogą wspomóc zwierzęta. Lubiany zwierzak może też…

FLUOR  SZKODZI?

Fluor: fakty i mity. Ofiarą nieprawdziwych teorii na temat rzekomej szkodliwości padły naukowo potwierdzone metody zapobiegania próchnicy. Nie daj się…

MĘSKA ANTYKONCEPCJA – METODY

Pigułka dla faceta: to realne? Przed nieplanowaną ciążą chronią się głównie kobiety – przede wszystkim dlatego, że to dla nich…


[CP_CALCULATED_FIELDS id=”7″]

Dodaj komentarz

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

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