光子超材料表現(xiàn)出新物質(zhì)態(tài)特征，符合連續(xù)“時(shí)間晶體”屬性

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英國南安普頓大學(xué)研究人員在最新一期《自然·物理學(xué)》上發(fā)表論文稱，經(jīng)典的超材料納米結(jié)構(gòu)可驅(qū)動(dòng)到一種狀態(tài)，表現(xiàn)出與連續(xù)“時(shí)間晶體”相同的關(guān)鍵特征。

英國南安普頓大學(xué)的劉彤君博士在納米光機(jī)械平臺上進(jìn)行光子時(shí)間晶體實(shí)驗(yàn)。

圖片來源：物理學(xué)家組織網(wǎng)

時(shí)間晶體最初在2012年提出，它是一種新的物質(zhì)狀態(tài)，其中粒子處于連續(xù)的振蕩運(yùn)動(dòng)中。時(shí)間晶體打破了時(shí)間平移對稱性。離散時(shí)間晶體通過在周期性外參數(shù)力的影響下振蕩來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，這種類型的時(shí)間晶體已在捕獲的離子、原子和自旋系統(tǒng)中得到證實(shí)。

研究人員表示，連續(xù)時(shí)間晶體更有趣，也可以說更重要，因?yàn)樗鼈儽憩F(xiàn)出連續(xù)的時(shí)間平移對稱性，但可自發(fā)地進(jìn)入一個(gè)周期運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)。此前，人們認(rèn)為這種狀態(tài)只有在開放系統(tǒng)中才是可能的，最近在光照射的光學(xué)腔內(nèi)的超冷原子的量子系統(tǒng)中，科學(xué)家觀察到了連續(xù)的量子-時(shí)間-晶態(tài)。

研究人員使用光子超材料來實(shí)現(xiàn)連續(xù)的時(shí)間晶態(tài)。他們使用的系統(tǒng)是由柔性納米線支撐的二維等離子體元分子陣列，即促進(jìn)與納米級光相互作用的人造結(jié)構(gòu)。

結(jié)果證明，用與其中所含超分子的等離子體模式共振的光連續(xù)且相干地照射這種光子超材料，會導(dǎo)致自發(fā)相變到具有連續(xù)時(shí)間晶體關(guān)鍵特性的狀態(tài)。這種狀態(tài)的特征是超分子之間的多體相互作用導(dǎo)致的連續(xù)振蕩。

研究人員之一尼古拉·哲魯?shù)路蚪忉屨f，光子超材料，即一種用等離子體納米粒子裝飾的納米線陣列，可通過粒子之間的光誘導(dǎo)相互作用驅(qū)動(dòng)納米線的相干振蕩狀態(tài)。當(dāng)達(dá)到光照閾值時(shí)，這些振蕩就會自發(fā)出現(xiàn)。這種行為構(gòu)成了一個(gè)連續(xù)的時(shí)間晶體，一種新的物質(zhì)狀態(tài)。

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