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Quarta-feira, Julho 6, 2022

Novo avanço pode trazer cristais do tempo para fora do laboratório e para o mundo real

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Acabamos de dar mais um passo em direção aos cristais do tempo que podem ser usados ​​para aplicações práticas.

Novo trabalho experimental produziu uma temperatura ambiente cristal do tempo em um sistema que não está isolado de sua vizinhança.

Isso, dizem os pesquisadores, abre caminho para cristais de tempo em escala de chip que podem ser usados ​​em configurações do mundo real, longe de equipamentos de laboratório caros necessários para mantê-los funcionando.

“Quando seu sistema experimental tem troca de energia com o ambiente, a dissipação e o ruído trabalham juntos para destruir a ordem temporal.” diz o engenheiro Hossein Taheri da Universidade da Califórnia, Riverside.

“Em nossa plataforma fotônica, o sistema estabelece um equilíbrio entre ganho e perda para criar e preservar cristais de tempo.”

Cristais de tempo, às vezes também chamados de cristais de espaço-tempo, e apenas confirmados para realmente existir alguns anos atrás, são tão fascinantes quanto o nome sugere. Eles são uma fase da matéria muito parecida com os cristais regulares, com uma propriedade adicional muito significativa.

Em cristais regulares, os átomos constituintes estão dispostos em uma estrutura de grade tridimensional fixa – a rede atômica de um diamante ou cristal de quartzo é um bom exemplo. Essas redes repetidas podem diferir na configuração, mas dentro de uma dada formação elas não se movem muito; eles apenas se repetem espacialmente.

Nos cristais do tempo, os átomos se comportam de maneira um pouco diferente. Eles oscilam, girando primeiro em uma direção e depois na outra. Essas oscilações – referidas como ‘tique-taque’ – são bloqueadas em uma frequência regular e particular. Onde a estrutura dos cristais regulares se repete no espaço, nos cristais do tempo ela se repete no espaço e no tempo.

Para estudar os cristais do tempo, os cientistas costumam usar Condensados ​​de Bose-Einstein de magnon quasipartículas. Estes têm de ser mantidos a temperaturas extraordinariamente baixas, muito próximas do zero absoluto. Isso requer equipamentos de laboratório muito especializados e sofisticados.

Em sua nova pesquisa, Taheri e sua equipe criaram um cristal do tempo sem super-resfriamento. Seus cristais de tempo eram sistemas quânticos totalmente ópticos criados à temperatura ambiente. Primeiro, eles pegaram um minúsculo microrressonador, um disco feito de vidro de fluoreto de magnésio com apenas um milímetro de diâmetro. Em seguida, eles bombardearam esse microrressonador óptico com os feixes de dois lasers.

Os picos sub-harmônicos autopreservados (sólitons) que resultaram das frequências geradas pelos dois feixes de laser indicaram a criação de cristais de tempo. O sistema cria uma armadilha de treliça rotativa para sólitons ópticos que exibem periodicidade.

Para manter a integridade do sistema à temperatura ambiente, a equipe utilizou bloqueio de auto-injeção, uma técnica que garante que a saída do laser mantenha uma certa frequência óptica. Isso significa que o sistema pode ser removido do laboratório e usado para aplicações de campo, dizem os pesquisadores.

Além de potenciais explorações futuras das propriedades dos cristais do tempo, como transições de fase e interações de cristal do tempo, o sistema poderia ser usado para fazer novas medições do próprio tempo. Cristais do tempo podem até ser integrados, um dia, em computadores quânticos.

“Esperamos que este sistema fotônico possa ser utilizado em fontes de radiofrequência compactas e leves com estabilidade superior, bem como em cronometragem de precisão”, Taheri diz.

A pesquisa da equipe foi publicada em Comunicações da Natureza.



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