擴展量子力學，科學家成功製造新型時間準晶體

量子物理學突破！近日華盛頓大學團隊利用雷射束照射鑽石，成功創造出第一個時間準晶體，有助發展量子研究領域與技術。

一般晶體在空間上呈週期性重複，而時間晶體在時間上呈週期性重複，或者說隨時間推移以相同方式重新排列其原子，導致時間晶體以設定的頻率振動。理論上，時間晶體就像不需要電池的時鐘，能呈現永動狀態，但實際上時間晶體非常脆弱，對環境壓力相當敏感而容易崩潰。

物理學家自 2016 年以來已成功創造出時間晶體，但最近由華盛頓大學領導的團隊取得前所未有里程碑：創造出稱為時間準晶體（time quasicrystal）的新型時間晶體。

準晶體是一種介於晶體和非晶體之間的固體，具有特定非隨機方式排列的原子，但不具重複模式，也就是說與一遍又一遍重複相同模式的時間晶體不同，時間準晶體排列原子的方式永遠不會重複，因此晶體以不同頻率振動。

研究人員利用強力氮束轟擊毫米大小的鑽石結構，隨後氮取代鑽石內部碳原子，留下空的原子腔室，地球環境討厭真空，因此電子迅速流入這些空腔，並立即與相鄰粒子相互作用，接著團隊使用雷射顯微鏡追蹤這些自旋動力學結果。

觀察顯示，自旋在時間上形成結構化但不重複的模式，也就是一個離散準晶體；其次，由於自旋強烈相互作用，該狀態抵擋外部擾動的能力相對強大；第三，準周期驅動的複雜性讓生成更精緻圖案可能性變高。

除了證實一些量子力學基本理論，團隊表示，新型時間準晶體還有助發展先進量子技術，比如長時間存儲量子記憶、不需充電的持久量子感測器；未來某天，時間晶體或許也可以更精準幫助測量時間。

新論文發表在《Physical Review X》期刊。

• Physicists Create New Type of Time Quasicrystal – Inside a Diamond
• Physicists Bend Time Inside a Diamond, Creating a Brand-New Phase of Matter
• Scientists unveil new type of ‘time crystal’ that defies our traditional understanding of time and motion
• Researchers create a new type of “time crystal” inside a diamond

（首圖來源：華盛頓大學）

延伸閱讀：

• 雷射激發銣原子，物理學家產生新型時間晶體