Физики из Дортмунда синхронизировали удалённые временные кристаллы в полупроводнике
Материал подготовлен искусственным интеллектом на основе нескольких источников — ссылки на оригиналы приведены ниже.
Физики из Технического университета Дортмунда синхронизировали несколько временных кристаллов внутри полупроводника из арсенида галлия, при этом колебания синхронизировались на расстояниях до 40 микрометров. Эффект, описанный в Nature Communications, возникает, когда широкий лазерный луч связывает отдельные электронно-ядерные спиновые колебания через спин-поляризованные электроны. Синхронизация сохраняется, хотя кристаллы находятся на расстоянии, более чем в тысячу раз превышающем размер отдельного осциллятора.
Ключевые факты
- Временные кристаллы формировались в полупроводнике из арсенида галлия с небольшими добавками индия и кремния.
- При температурах около -270 °C каждый электрон взаимодействует примерно с одним миллионом близлежащих ядерных спинов.
- Временные кристаллы, расположенные на расстоянии до 40 микрометров, всё ещё могли синхронизироваться — это более чем в тысячу раз превышает характерный размер отдельного осциллятора.
- Эффект синхронизации напоминает наблюдение Христиана Гюйгенса 1665 года о постепенной синхронизации маятниковых часов через общую опору.
- Результаты могут заложить основу для будущих сетей управляемых спиновых осцилляторов и спиновых технологий.
Формирование временных кристаллов
Временные кристаллы формируются внутри полупроводника из арсенида галлия с небольшими добавками индия и кремния, которые создают локализованные электроны в материале. При температурах около -270 °C каждый электрон взаимодействует примерно с одним миллионом близлежащих ядерных спинов. Для запуска процесса исследователи используют лазер накачки, чтобы выровнять спины электронов, которые затем передают свою поляризацию окружающим ядерным спинам. При приложении слабого магнитного поля поляризация этих ядерных спинов начинает вращаться, а обратная связь между электронными и ядерными спинами поддерживает колебания. Второй лазер позволяет исследователям отслеживать, как эти колебания развиваются во времени.
Механизм синхронизации
Различные области полупроводника не являются идеально идентичными на микроскопическом уровне, поэтому временные кристаллы, формирующиеся в отдельных областях, обычно колеблются с немного разными частотами. Когда исследователи освещают множество областей одновременно широким лазерным лучом, отдельные колебания могут синхронизироваться и начать работать на одной частоте. Эффект напоминает наблюдение, сделанное Христианом Гюйгенсом в 1665 году, когда двое маятниковых часов постепенно синхронизировались из-за слабого механического взаимодействия, передаваемого через общую конструкцию. В полупроводнике связь работает иначе: вместо механических вибраций временные кристаллы связываются через движение спин-поляризованных электронов.
Расстояние и перспективы
Команда обнаружила, что временные кристаллы, расположенные на расстоянии до 40 микрометров, всё ещё могли синхронизироваться — это расстояние более чем в тысячу раз превышает характерный размер отдельного осциллятора. Однако при большем разделении отдельные временные кристаллы перестают синхронизироваться и продолжают колебаться независимо. Результаты демонстрируют нелокальную связь между пространственно разделёнными спиновыми системами. Они также могут помочь заложить основу для будущих сетей управляемых спиновых осцилляторов, потенциально открывая новые возможности для спиновых технологий.
1 источник
Время · отставание