Buzz
Nhóm các nhà vật lý tại Đại học Colorado Boulder vừa giới thiệu một loại "tinh thể thời gian" mới lạ.
Khái niệm về tinh thể thời gian lần đầu tiên được nhà khoa học Frank Wilczek, người đoạt giải Nobel, đề xuất vào năm 2012, thách thức những lý thuyết vật lý cơ bản. Trong khi các tinh thể thông thường như kim cương có cấu trúc mạng lưới lặp lại trong không gian ba chiều, tinh thể thời gian lại có cấu trúc tuần hoàn và lặp lại theo chiều thứ tư: thời gian.
Cấu trúc của chúng không đứng yên mà luôn chuyển động và thay đổi trong một chu kỳ liên tục, không có điểm kết thúc. Mặc dù trước đây người ta cho rằng chúng không thể tồn tại, tinh thể thời gian đã được quan sát thực nghiệm lần đầu tiên vào năm 2016, và một ví dụ khác nổi bật là vào năm 2021, khi các nhà vật lý dùng máy tính lượng tử của Google để tạo ra một mạng lưới nguyên tử có thể lặp lại chuyển động khi được kích hoạt.
Sự kỳ diệu của tinh thể thời gian dưới kính hiển vi.
Điểm đặc biệt của nghiên cứu này là các nhà khoa học đã chế tạo thành công tinh thể thời gian hữu hình đầu tiên trên thế giới. Nhóm nghiên cứu, do giáo sư Ivan Smalyukh và nghiên cứu sinh Han Qing dẫn dắt, đã đạt được kỳ tích này bằng cách sử dụng tinh thể lỏng, một vật liệu quen thuộc trong công nghệ màn hình điện thoại di động.
Các nhà nghiên cứu đã tiêm các phân tử tinh thể lỏng hình que vào một khoang thủy tinh, các phân tử này có đặc tính của cả chất rắn và chất lỏng.
Khi được chiếu sáng bằng một nguồn sáng đặc biệt, các phân tử tinh thể lỏng bắt đầu di chuyển theo mô hình lặp lại. Dưới kính hiển vi, mô hình xoay tròn này hiện lên như "những sọc hổ ảo giác", nhảy múa liên tục trong một chu kỳ.
Giáo sư Smalyukh mô tả: "Mọi thứ như từ hư không hiện ra. Chỉ cần chiếu ánh sáng vào đó, và toàn bộ thế giới tinh thể thời gian sẽ xuất hiện". Các nhà nghiên cứu đã lý giải cơ chế của hiện tượng này: khi các phân tử bị nén, chúng kết tụ thành những "khúc gấp khúc".
Những khúc gấp khúc này có khả năng di chuyển và trong điều kiện thích hợp, chúng có thể thể hiện những đặc tính giống như nguyên tử. "Chúng hoạt động như các hạt và bắt đầu tương tác với nhau", Smalyukh giải thích.
Ứng dụng tiềm năng của công nghệ mới này đang mở ra nhiều triển vọng đột phá.
Ngoài vẻ đẹp khoa học, nghiên cứu này còn hứa hẹn những ứng dụng thực tế mang tính đột phá. Trong thí nghiệm, nhóm nghiên cứu đã đặt một dung dịch tinh thể lỏng giữa hai tấm kính phủ phân tử thuốc nhuộm.
Khi mẫu ban đầu đứng yên và được chiếu sáng bằng một nguồn sáng đặc biệt, các phân tử thuốc nhuộm bắt đầu di chuyển và thay đổi vị trí. Giống như những vũ công trong phòng khiêu vũ, chúng liên tục tách ra, xoay tròn và tái kết hợp theo một mô hình lặp lại.
Mô hình này vô cùng ổn định, không thay đổi dù nhiệt độ của mẫu có biến động. Giáo sư Smalyukh chia sẻ: "Đó chính là vẻ đẹp của tinh thể thời gian. Bạn chỉ cần tạo ra điều kiện đơn giản và chiếu sáng chúng để kích hoạt toàn bộ hiện tượng".
Nhóm nghiên cứu tin rằng vật liệu này có thể được ứng dụng trong việc phát triển công nghệ chống giả mạo hiện đại. Chẳng hạn, một "hình mờ thời gian" có thể được tích hợp vào tiền giấy hoặc các vật phẩm có giá trị cao. Khi được chiếu sáng bằng nguồn sáng đặc biệt, nó sẽ hiển thị một họa tiết động độc đáo mà gần như không thể sao chép.
Ngoài ra, các nhà vật lý đã đề xuất việc xếp chồng các tinh thể thời gian để tạo ra những họa tiết phức tạp hơn. Cấu trúc này có tiềm năng mở ra một phương pháp mới trong việc lưu trữ lượng lớn dữ liệu kỹ thuật số, đồng thời tạo ra công nghệ mã vạch hai chiều thế hệ tiếp theo.
Khi công nghệ này tiếp tục được phát triển và thử nghiệm, nhóm nghiên cứu tin rằng ứng dụng của nó sẽ vượt xa những gì chúng ta có thể tưởng tượng hiện nay. Kết quả nghiên cứu đột phá này đã được công bố trên tạp chí Nature Materials, đánh dấu một bước tiến quan trọng trong việc hiện thực hóa một trong những khái niệm vật lý phức tạp nhất.
Khám phá này không chỉ xác nhận sự tồn tại của tinh thể thời gian mà còn biến chúng từ một khái niệm trừu tượng thành một vật liệu hữu ích, sẵn sàng định hình các công nghệ trong tương lai.
