Ученые создали первые в мире видимые кристаллы времени

Ячейки стекла, заполненные жидкими кристаллами, реагируют на свет, благодаря чему впервые кристаллы стали видны невооруженным глазом, хотя при увеличении их можно было бы рассмотреть лучше. Ранее кристаллы были в основном диковинкой, но производители утверждают, что их можно использовать для более эффективного хранения данных или создания практически не поддающихся подделке водяных знаков. Новое исследование опубликовано в журнале Nature Materials.

Несмотря на научно-фантастическое название, кристаллы времени не перенесут нас в любимую эпоху. Они получили своё название потому, что, в то время как обычные кристаллы имеют повторяющийся узор в пространстве, узоры кристаллов времени повторяются со временем. Представьте себе кристаллическую форму любого циклического объекта, например, маятника, который регулярно возвращается в одно и то же положение, но более сложную, как стрелки часов.

Кристаллы времени стали предметом многочисленных исследований в последние несколько лет, но, судя по всему, не сразу понимаешь, насколько крошечными были предыдущие образцы. Ханьцин Чжао из Университета Колорадо в Боулдере изменил это, предложив новый подход. Кристаллы, в создании которых он участвовал, «можно наблюдать непосредственно под микроскопом, а при особых условиях — даже невооруженным глазом», — заявил Чжао. 

Жидкие кристаллы стали повсеместно использоваться в дисплеях смартфонов, поэтому набор полосок, движущихся под воздействием света, может показаться не таким уж примечательным. Однако создатели сравнивают их способность поддерживать равномерное движение в течение многих часов с бесконечно вращающимися часами. «Всё рождается из ничего», — сказал профессор Иван Смалюх. «Достаточно посветить, и возникает целый мир кристаллов времени».

Концепция кристаллов времени была предложена лишь в 2012 году лауреатом Нобелевской премии Фрэнком Вильчеком. Идея Вильчека в чистом виде признана невозможной, но приближенные варианты вызвали большой ажиотаж. Однажды даже их обнаружили в детской игрушке. 

Чжао и Смалюх использовали тот факт, что молекулы, составляющие жидкие кристаллы, при соответствующем сжатии образуют изгибы или перегибы, которые затем могут вести себя как отдельные атомы, создавая кристаллы времени в значительно увеличенном масштабе. «Эти изгибы есть, и их нелегко устранить», — сказал Смалюх. «Они ведут себя как частицы и начинают взаимодействовать друг с другом».

Авторы растворили жидкие кристаллы в толуоле и поместили их между стеклянными пластинками, покрытыми красителем. Под воздействием синего света молекулы красителя перестраивались, сжимая жидкие кристаллы, создавая множество изгибов, которые затем начинали взаимодействовать друг с другом. Для этого даже не требовался лазерный свет, достаточно было линейно поляризованного света.

Одно дело, когда закономерности повторяются во времени относительно простым образом, подобно волнам, катящимся по глубинам океана; другое дело – то, что наблюдали авторы. Они сравнивают поведение кинков с танцем эпохи регентства, где пары формируются, распадаются, проходят мимо других партнёров и снова воссоединяются. Действительно, кинки настолько привязаны к своим парам, что их трудно разорвать, даже когда учёные пытались изменить температуру.

«В этом и заключается прелесть этого кристалла времени», — сказал Смалюх. «Вы просто создаёте какие-то не такие уж особенные условия. Вы зажигаете свет, и всё происходит». 

Авторы называют свою работу первыми кристаллами пространства-времени, которые может увидеть человек, хотя другие утверждают, что они были там первыми. 

Среди предложений по использованию своей технологии пара предлагает предотвращение подделки денежных знаков, где правильный свет может выявить характерный движущийся рисунок. Вероятно, в этом отношении они борются против отмены физических банкнот, но спрос на их идеи по использованию их изобретения для улучшения передачи информации по оптоволоконным кабелям будет только расти.

«Мы не хотим сейчас ограничивать количество приложений», — сказал Смалюх. «Я думаю, что есть возможности для развития этой технологии в самых разных направлениях».