فیزیکدانان با استفاده از بلورهای مایع چرخنده که هنگام نوردهی در الگوهای تکرارشونده بی‌پایان حرکت می‌کنند، یک «بلور زمان» قابل مشاهده و خودپایدار خلق کرده‌اند. تصور کنید یک ساعت بدون باتری یا سیم‌کشی وجود دارد که تا ابد کار می‌کند و عقربه‌هایش بدون توقف به‌تنهایی می‌چرخند!
در مطالعه اخیر، فیزیکدانان دانشگاه کلرادو بولدر (CU Boulder) از بلورهای مایع، همان موادی که در صفحه‌نمایش تلفن‌ها یافت می‌شوند، برای ساختن چیزی استفاده کردند که این ایده را تداعی می‌کند. کار آن‌ها شکل جدیدی از آنچه «بلور زمان» نامیده می‌شود را تولید کرد؛ حالتی از ماده که در آن اجزایی مانند اتم‌ها یا ذرات در حرکت مداوم باقی می‌مانند.
اگرچه بلورهای زمان قبلاً نیز ساخته شده بودند، اما این نسخه اولین نمونه‌ای است که می‌تواند به‌طور مستقیم مشاهده شود و این امر می‌تواند دریچه‌ای به روی کاربردهای عملی بگشاید.
هانگینگ ژائو، نویسنده اصلی این مطالعه و دانشجوی کارشناسی ارشد در بخش فیزیک CU Boulder، گفت:
آن‌ها را می‌توان مستقیماً زیر میکروسکوپ و حتی، تحت شرایط خاص، با چشم غیرمسلح مشاهده کرد!
ژائو و ایوان اسمایلوخ، استاد فیزیک و عضو مؤسسه انرژی‌های تجدیدپذیر و پایدار (RASEI)، یافته‌های خود را اخیراً در مجله Nature Materials منتشر کردند.
آن‌ها برای آزمایش خود، این تیم سلول‌های شیشه‌ای پر شده با بلورهای مایع ساختند که از مولکول‌های میله‌مانند تشکیل شده‌اند و تا حدودی مانند جامدات و تا حدودی مانند مایعات رفتار می‌کنند. هنگامی که تحت شرایط خاصی نوردهی می‌شوند، این مولکول‌ها شروع به جابجایی و چرخیدن می‌کنند و حرکاتی را تشکیل می‌دهند که در توالی‌های تکرارشونده حلقه می‌زنند.
با مشاهده از طریق میکروسکوپ، نمونه‌ها الگوهایی شبیه نوارهای رنگارنگ و نامنظم را نشان می‌دهند و این حرکات می‌توانند ساعت‌ها ادامه یابند و ایده یک ساعت با چرخش بی‌پایان را تداعی کنند.
اسمایلوخ گفت:
همه چیز از هیچ متولد می‌شود. تمام کاری که باید انجام دهید این است که نور بتابانید، و این دنیای کامل از بلورهای زمان پدیدار می‌شود.
ژائو و اسمایلوخ اعضای شعبه کلرادو از «مؤسسه بین‌المللی پایداری با فراماده‌های کایرال گره‌خورده (WPI-SKCM2)» هستند که مقر آن در دانشگاه هیروشیما در ژاپن است؛ این مؤسسه بین‌المللی مأموریت‌هایی برای خلق اشکال مصنوعی ماده و کمک به پایداری دارد.
بلورها در فضا و زمان
بلورهای زمان ممکن است شبیه چیزی از داستان‌های علمی تخیلی به نظر برسند، اما از بلورهای طبیعی، مانند الماس یا نمک سفره، الهام گرفته شده‌اند.
فرانک ویلچک، برنده جایزه نوبل، برای اولین بار ایده بلورهای زمان را در سال ۲۰۱۲ مطرح کرد. می‌توانید بلورهای سنتی را «بلورهای فضایی» در نظر بگیرید. به‌عنوان مثال، اتم‌های کربنی که یک الماس را تشکیل می‌دهند، الگوی شبکه‌ای در فضا ایجاد می‌کنند که شکستن آن بسیار دشوار است. ویلچک به دنبال پاسخ این سوال بود که آیا ممکن است بلوری ساخت که به همین ترتیب سازمان‌یافته باشد، با این تفاوت که سازماندهی آن در زمان باشد نه فضا. حتی در حالت استراحت، اتم‌های موجود در چنین حالتی الگوی شبکه‌ای تشکیل نمی‌دهند، بلکه در یک چرخه بی‌پایان حرکت یا دگرگون می‌شوند—مانند یک GIF که برای همیشه تکرار می‌شود.
اثبات شد که مفهوم اصلی ویلچک غیرممکن است، اما در سال‌های بعد، دانشمندان حالات ماده‌ای را خلق کردند که به‌طور منطقی به آن نزدیک می‌شوند.
به عنوان مثال، در سال ۲۰۲۱، فیزیکدانان از رایانه کوانتومی «سیکامور» گوگل برای ایجاد یک شبکه اتمی خاص استفاده کردند. هنگامی‌که تیم به آن اتم‌ها با یک پرتو لیزر ضربه زدند، دچار نوساناتی شدند که چندین بار تکرار شد.
بلورهای رقصان
در مطالعه جدید، ژائو و اسمایلوخ به دنبال این بودند که ببینند آیا می‌توانند شاهکار مشابهی را با بلورهای مایع به انجام برسانند.
اسمایلوخ توضیح داد که اگر این مولکول‌ها را به روش صحیح فشار دهید، آنقدر محکم به هم فشرده می‌شوند که پیچ‌خوردگی‌هایی (kinks) را تشکیل می‌دهند. نکته قابل توجه این است که این پیچ‌خوردگی‌ها حرکت می‌کنند و حتی می‌توانند، تحت شرایط خاص، مانند اتم‌ها رفتار کنند.
او گفت:
شما این پیچش‌ها را دارید و نمی‌توانید به راحتی آن‌ها را حذف کنید. آن‌ها مانند ذرات رفتار می‌کنند و شروع به تعامل با یکدیگر می‌کنند.
در مطالعه کنونی، اسمایلوخ و ژائو محلولی از بلورهای مایع را بین دو تکه شیشه که با مولکول‌های رنگی پوشانده شده بودند، قرار دادند. این نمونه‌ها به‌خودی‌خود عمدتاً ثابت بودند. اما هنگامی‌که گروه با نوع خاصی از نور به آن‌ها تاباند، مولکول‌های رنگی جهت خود را تغییر دادند و بلورهای مایع را فشرده کردند. در این فرآیند، هزاران پیچ‌خوردگی جدید به‌طور ناگهانی شکل گرفتند.
آن پیچ‌خوردگی‌ها نیز شروع به تعامل با یکدیگر کردند و یک سری گام‌های فوق‌العاده پیچیده را دنبال نمودند. محققان می‌توانستند دمای نمونه‌های خود را بدون ایجاد اختلال در حرکت بلورهای مایع بالا یا پایین ببرند.
اسمایلوخ گفت:
این زیبایی این بلور زمان است. شما فقط شرایطی را ایجاد می‌کنید که خیلی خاص نیستند. نور می‌تابانید، و کل اتفاق رخ می‌دهد.
ژائو و اسمایلوخ می‌گویند که چنین بلورهای زمانی می‌توانند چندین کاربرد داشته باشند. به عنوان مثال، دولت‌ها می‌توانند این مواد را به اسکناس‌ها اضافه کنند تا جعل آن‌ها دشوارتر شود—اگر می‌خواهید بدانید که آن اسکناس ۱۰۰ دلاری واقعی است، کافی است نوری به «واترمارک زمان» بتابانید و الگویی را که ظاهر می‌شود، تماشا کنید. با روی هم چیدن چندین بلور زمان مختلف، این گروه می‌تواند الگوهای پیچیده‌تری ایجاد کند که به طور بالقوه می‌تواند مهندسان را قادر سازد تا مقادیر زیادی از داده‌های دیجیتال را ذخیره کنند.
اسمایلوخ گفت:
ما نمی‌خواهیم در حال حاضر محدودیتی برای کاربردها قائل شویم. فکر می‌کنم فرصت‌هایی برای سوق دادن این فناوری در انواع جهت‌ها وجود دارد.
منبع: Scitechdaily
