Na de hogy festenek ezek? Ahogy a kutatók fogalmaznak: akár „pszichedelikus tigriscsíkok”. Ráadásul csak akkor bukkannak fel, amikor fény éri a folyadékkristályokat – pont olyanokat, amelyek például az LCD-kijelzőkben is megtalálhatók. A szeptember 4-én a Nature Materials-ben megjelent tanulmány új módot kínál e különleges anyagfázis közvetlen megfigyelésére. Szuper, de jó lesz ez valamire? Persze: fontos szerepe lehet a távközlésben, a hamisítás elleni védelemben és az adattárolásban.

Az időkristályok olyan rendszerek, amelyek szerkezete nem térben, hanem időben ismétlődik. A jelenséget – amelyet 2012-ben Frank Wilczek Nobel-díjas fizikus vetett fel – az időbeli transzlációs szimmetria sérülése alapozza meg: noha az alapvető fizikai törvények többnyire időszimmetrikusak, a rendszer mégis saját periodikus ritmust választ. Ezek a kristályok a kvantummechanika által megengedett legalacsonyabb energiaállapotban léteznek, mégis energiaveszteség nélkül váltogatnak két konfiguráció között. Ez nem sérti a termodinamika törvényeit: bár fotonok hozzák működésbe őket, a kristályok nem nyernek és nem is veszítenek energiát; a fény csupán kiváltja az állandó kétállapotú oszcillációkat.

Korábban időkristályokat gyémántokban, kvantumprocesszorokban és erősen gerjesztett rubídiumatomokban hoztak létre, ám ezeket csak közvetve, lézerjelek elemzéséből lehetett azonosítani. Most a kutatók folyadékkristályokat – pálcika alakú molekulákból álló anyagokat, amelyek egyszerre mutatnak szilárd és folyékony jellegű viselkedést – zártak festékkel bevont üveglapok közé.

„Ezek közvetlenül mikroszkóp alatt, sőt bizonyos körülmények között szabad szemmel is megfigyelhetők” – mondta Hanqing Zhao, a tanulmány vezető szerzője.

A fény elmozdítja a festékmolekulákat, összenyomja a folyadékkristályt, és olyan mozgó „elhajlásokat” kelt, amelyek részecskeként viselkednek. „Megjelennek ezek a csavarodások, és nem lehet őket könnyen eltüntetni” – jegyezte meg Ivan Smalyukh társszerző. Ezt követően elhajlások ezrei rendeződnek időben ismétlődő mintázatokba, amelyek hőmérséklet-változások mellett is stabilak maradnak.

„Minden a semmiből születik” – mondta Smalyukh. „Elég fényt irányítani rájuk, és kibontakozik az időkristályok egész világa.”

A gyakorlati alkalmazásra áttérve: a kutatók „idővízjeleket” képzelnek el olyan dokumentumoknál, amelyeknél különösen fontos, hogy ne lehessen őket hamisítani – például bankjegyeknél. Az egymásra rétegzett mintázatok pedig ideálisak lennének a nagy sűrűségű adatkódoláshoz. Ám ezek csak az első ötletek – ahogy Smalyukh fogalmaz:

„Egyelőre nem szeretnénk korlátokat szabni az alkalmazásoknak.”

(A cikkhez használt kép illusztráció, forrása: Pixabay)