Φυσικοί από το Πανεπιστήμιο TU Dortmund ανακάλυψαν ότι ξεχωριστοί κρύσταλλοι χρόνου μπορούν να συντονίσουν τις ταλαντώσεις τους σε εντυπωσιακά μεγάλες αποστάσεις στο εσωτερικό ενός ημιαγωγού. Η σχετική μελέτη δημοσιεύτηκε στο περιοδικό «Nature Communications» υπό την καθοδήγηση του καθηγητή Alex Greilich.
Ο μηχανισμός δημιουργίας και ο συντονισμός
Οι κρύσταλλοι χρόνου είναι φυσικά συστήματα των οποίων η εσωτερική συμπεριφορά επαναλαμβάνεται περιοδικά στον χρόνο, χωρίς την παρουσία εξωτερικού περιοδικού σήματος. Στα πειράματα, οι κρύσταλλοι σχηματίστηκαν σε ημιαγωγό από αρσενικούχο γάλλιο με προσμίξεις ινδίου και πυριτίου. Σε θερμοκρασίες κοντά στους -270 °C, η αλληλεπίδραση των σπιν των ηλεκτρονίων με τα γύρω πυρηνικά σπιν, μέσω διέγερσης με λέιζερ και εφαρμογής ασθενούς μαγνητικού πεδίου, διατηρεί τις ταλαντώσεις σταθερές.
Παρά τις μικροσκοπικές διαφορές του υλικού που θα προκαλούσαν διαφορετικές συχνότητες, η ταυτόχρονη ακτινοβολία πολλών περιοχών με ευρεία δέσμη λέιζερ οδήγησε στον πλήρη συντονισμό τους.
Σύνδεση σε μεγάλες αποστάσεις
Το φαινόμενο θυμίζει την παρατήρηση του Christiaan Huygens το 1665 για τον συντονισμό εκκρεμών ρολογιών. Στον ημιαγωγό, η ζεύξη δεν πραγματοποιείται με μηχανικές δονήσεις, αλλά μέσω της μετακίνησης πολωμένων ως προς το σπιν ηλεκτρονίων.
Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι κρύσταλλοι χρόνου που απέχουν έως και 40 μικρόμετρα μπορούν να κλειδώσουν στην ίδια συχνότητα. Η απόσταση αυτή είναι πάνω από χίλιες φορές μεγαλύτερη από το μέγεθος ενός μεμονωμένου ταλαντωτή. Beyond αυτής της απόστασης, οι κρύσταλλοι συνεχίζουν να ταλαντώνονται ανεξάρτητα. Η ανακάλυψη αυτή αναδεικνύει μη τοπικές ζεύξεις μεταξύ συστημάτων σπιν και προετοιμάζει το έδαφος για μελλοντικές τεχνολογίες βασισμένες σε δίκτυα ταλαντωτών σπιν.
