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Mar 20, 2023

La realización de un cristal de tiempo continuo basado en un metamaterial fotónico

8 de mayo de 2023 característica Esto

Característica del 8 de mayo de 2023

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por Ingrid Fadelli, Phys.org

Un cristal de tiempo, como se propuso originalmente en 2012, es un nuevo estado de la materia en el que las partículas están en continuo movimiento oscilatorio. Los cristales de tiempo rompen la simetría de traducción del tiempo. Los cristales de tiempo discreto lo hacen oscilando bajo la influencia de una fuerza paramétrica externa periódica, y este tipo de cristal de tiempo se ha demostrado en iones atrapados, átomos y sistemas de espín.

Los cristales de tiempo continuo son más interesantes y posiblemente más importantes, ya que exhiben una simetría de traducción de tiempo continua pero pueden entrar espontáneamente en un régimen de movimiento periódico, inducido por una perturbación muy pequeña. Ahora se entiende que este estado solo es posible en un sistema abierto, y recientemente se ha observado un estado continuo de cristal de tiempo cuántico en un sistema cuántico de átomos ultrafríos dentro de una cavidad óptica iluminada con luz.

En un artículo publicado en Nature Physics, investigadores de la Universidad de Southampton en el Reino Unido demostraron que una nanoestructura de metamaterial clásico puede llevarse a un estado que exhibe las mismas características clave de un cristal de tiempo continuo.

"Hemos estado estudiando las interacciones luz-materia con metamateriales nano-opto-mecánicos durante varios años", dijo a Phys.org Nikolay I. Zheludev, uno de los investigadores que llevó a cabo el estudio. "Recientemente nos dimos cuenta de que esta era una plataforma perfecta para demostrar el estado del cristal del tiempo".

Como parte de su estudio reciente, Zheludev y sus colegas se propusieron realizar un estado de cristal de tiempo continuo utilizando un metamaterial fotónico. El sistema que utilizaron es una matriz 2D de metamoléculas plasmónicas (es decir, estructuras artificiales que facilitan la interacción con la luz a nanoescala) respaldadas por nanocables flexibles.

Los investigadores demostraron que la iluminación continua y coherente de este metamaterial fotónico con una luz que resuena con el modo plasmónico de las metamoléculas contenidas en él provocó una transición de fase espontánea a un estado que posee las propiedades clave de un cristal de tiempo continuo. Este estado se caracteriza por oscilaciones continuas resultantes de interacciones de muchos cuerpos entre las metamoléculas.

"Descubrimos que un metamaterial fotónico, una matriz de nanocables decorados con nanopartículas plasmónicas, puede llevarse al estado de oscilaciones coherentes de los nanocables mediante la interacción inducida por la luz entre las partículas", explicó Zheludev. "Estas oscilaciones surgen espontáneamente al alcanzar un umbral de iluminación de luz. Tal comportamiento constituye un cristal de tiempo continuo, un nuevo estado de la materia".

El estudio reciente de este equipo de investigadores podría abrir nuevas vías para la investigación de los cristales de tiempo y los estados dinámicos clásicos de muchos cuerpos en el régimen fuertemente correlacionado. En el futuro, el sistema único realizado por Zheludev y sus colegas también podría allanar el camino hacia el desarrollo de nuevos dispositivos ópticos y fotónicos.

"Demostramos un cristal de tiempo continuo, un nuevo estado de la materia en una plataforma clásica simple, que es un paso sustancial hacia las aplicaciones del estado de la corteza de tiempo continuo en dispositivos fotónicos", agregó Zheludev. "La observación informada es solo el comienzo, y continuaremos explorando las propiedades fundamentales de los cristales de tiempo continuo del metamaterial nano-optomecánico y sus aplicaciones".

Más información: Tongjun Liu et al, Análogo de metamaterial fotónico de un cristal de tiempo continuo, Nature Physics (2023). DOI: 10.1038/s41567-023-02023-5

Información del diario:Física de la naturaleza

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