Міжнародна група фізиків відкрила принципово новий спосіб формування часових кристалів. Вона змусила штучний метаматеріал самостійно створювати стійкий і синхронізований у часі ритм.
Нам здається, що час рухається лише в одному напрямку, але для часових кристалів це правило діє інакше. У цих загадкових станах матерії внутрішні елементи утворюють чіткий ритмічний візерунок, що циклічно повторюється через рівні проміжки часу. Раніше такі структури вважалися теоретично неможливими, проте згодом їх вдалося виявити в найрізноманітніших системах — від атомної ґратки до пінополістиролу, що ширяє в повітрі.
Читайте також:
Видно неозброєним оком. Фізики вперше створили часовий кристал, який можна побачити Головна проблема таких систем полягає в їхній надзвичайній крихкості: будь-яке мінімальне зовнішнє відхилення зазвичай повністю руйнує синхронний ритм і перетворює його на хаос. Утім, міжнародна команда фізиків на чолі з Йонасом Веенстроєм з Амстердамського університету (Нідерланди) знайшла дивовижний спосіб подолання цієї проблеми. Їм вдалося отримати часовий кристал не шляхом примусового нав’язування зовнішнього ритму,
а завдяки мимовільному процесу, під час якого початковий хаос поступово перетворюється на чіткий порядок.
Науковці виготовили на 3D-принтері двовимірний метаматеріал. Він складався з 37 блоків у формі стільникової решітки, де кожен елемент містив три шестикутники, оснащені датчиками, приводами та мікроконтролером. Компоненти запрограмували на так звану невзаємну взаємодію: коли один шестикутник стискався, сусідній за годинниковою стрілкою робив те саме, а сусідній проти годинникової стрілки — розширювався.
Після легкого початкового поштовху виникли швидкі дрібні вібрації з частотою близько 30 коливань на секунду (30 Гц). Поступово вздовж країв структури почали поширюватися більші й повільніші хвилі, що поглинули дрібні коливання. Цей процес, який фізики назвали «укрупненням хвиль», тривав доти, доки вся структура не почала рухатися абсолютно синхронно в єдиному ритмі.
Дослідники підтвердили стійкість цієї форми впорядкованості за допомогою математичного аналізу та комп’ютерного моделювання. Навіть штучне внесення значних шумових перешкод не змогло зруйнувати сформований часовий кристал. Крім того, вчені провели додатковий експеримент із кільцевим метаматеріалом, що складався з 24 двигунів і був розміщений на столі з повітряною подушкою; цей експеримент підтвердив дію зворотного зв’язку: зі збільшенням амплітуди хвиль система дедалі більше «надавала перевагу» довгим хвилям, доки рух не підпорядкувався єдиній глобальній структурі.
Результати дослідження, опубліковані в науковому журналі Nature, відкривають широкі перспективи керування вібраціями, формою та спрямованим рухом у таких галузях, як акустика, м’яка робототехніка та оптомеханіка.
Читайте також:
Майже як у Marvel. Фізики створили неймовірний часовий кристал
