Physiker bilden Raum-Zeit-Kristalle direkt ab Physik

Raum-Zeit-Kristalle sind zeitperiodische selbstorganisierte Strukturen postuliert von Nobelpreisträger für Physik Frank Wilczek im Jahr 2012. In neuen Forschungen haben Physiker aus Deutschland und Polen dieses Konzept auf Bürstenteilchen übertragen, die Magnonen genannt werden, und experimentell einen Raum-Zeit-Kristall bei Raumtemperatur gezeigt; Sie bildeten es auch direkt mit einem Raster-Röntgenmikroskop ab.

„Wir haben das sich regelmäßig wiederholende Muster von Magnonen in Raum und Zeit gebracht, mehr Magnonen eingeschickt und schließlich zerstreut“, sagte der Erstautor Nick Träger, Doktorand am Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme.

„Wir konnten daher zeigen, dass der Zeitkristall mit anderen Pinselpartikeln kommunizieren kann.“

„Bisher konnte es noch niemand direkt in einem Experiment zeigen, geschweige denn in einem Video.“

In ihrem Experiment platzierten Träger und Kollegen einen Streifen magnetischen Materials auf einer mikroskopischen Antenne, durch die sie einen Hochfrequenzstrom sendeten.

Dieses Mikrowellenfeld verursachte ein oszillierendes Magnetfeld, eine Energiequelle, die das Magnon im Streifen stimuliert.

Magnetische Wellen wandern im Streifen von links und rechts und kondensieren spontan in einem sich wiederholenden Muster in Raum und Zeit.

Im Gegensatz zu trivialen stehenden Wellen wurde dieses Muster gebildet, bevor sich die beiden Wellen überhaupt treffen und interferieren konnten.

Das Muster, das oft von selbst verschwindet und wieder auftaucht, muss daher ein Quanteneffekt sein.

Träger et al. experimentell demonstrierte ein angetriebener Raum-Zeit-Kristall bei Raumtemperatur: (a) Skizzieren Sie die Probe mit einem Magnonpermalloy (Py) -Streifen und einem koplanaren Wellenleiter; (b) eine Momentaufnahme eines Röntgenmikroskopiefilms mit einer Zeitaufzeichnung; die Graustufe repräsentiert die mz-Komponente; (c) Phasen- und Amplitudenabbildung bei fcw zu FFT in der Zeit durch jedes Pixel des Scan-Transmissions-Röntgenmikroskopiefilms; Der Farbcode zeigt die Amplituden- und Phaseninformationen. Bildnachweis: Träger et al., doi: 10.1103 / PhysRevLett.126.057201.

„Es kann nicht nur die Wellenfronten mit einer sehr hohen Auflösung sichtbar machen, die 20-mal besser ist als das beste Lichtmikroskop“, sagte Dr. Gisela Schütz, ebenfalls vom Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme, sagte.

„Es kann bis zu 40 Milliarden Bilder pro Sekunde aufnehmen und ist auch sehr empfindlich gegenüber magnetischen Phänomenen.“

„Wir konnten zeigen, dass solche Raum-Zeit-Kristalle viel robuster und weit verbreiteter sind als zunächst angenommen“, sagte Dr. Pawel Gruszecki, Wissenschaftler an der Fakultät für Physik der Adam Mickiewicz Universität, sagte.

„Unser Kristall kondensiert bei Raumtemperatur und Partikel können damit interagieren – anders als in einem isolierten System.“

‚Darüber hinaus hat es eine Größe erreicht, mit der etwas mit diesem Magnon-Raum-Zeit-Kristall gemacht werden könnte. Dies kann zu vielen möglichen Anwendungen führen. ”

„Klassische Kristalle haben ein sehr breites Anwendungsgebiet“, sagte der leitende Autor Dr. Joachim Gräfe, ebenfalls vom Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme.

‚Wenn Kristalle nicht nur im Raum, sondern auch mit der Zeit interagieren können, fügen wir eine weitere Dimension möglicher Anwendungen hinzu. Das Potenzial für Kommunikations-, Radar- oder Bildtechnologie ist enorm. ”

Das Ergebnisse wurde in der Zeitschrift veröffentlicht Physische Übersichtsbriefe.

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Nick Porter et al. 2021. Beobachtung der Magnon-Wechselwirkung mit getriebenen Raum-Zeit-Kristallen in realen Räumen. Fis. Ds Lett 126 (5): 057201; doi: 10.1103 / PhysRevLett.126.057201