Fizikçiler, ayrı zaman kristallerinin yarı iletken içinde şaşırtıcı derecede büyük mesafelerde senkronize olabildiğini keşfetti.
TU Dortmund Üniversitesi
Araştırmacılar, yarı iletken içindeki birden fazla zaman kristalinin salınımlarını sarkaç saatlerinin zamanla aynı ritme girmesi gibi senkronize edebildiğini gösterdi. Bağlantı spin-polarize elektronlar tarafından taşınır ve bu sayede 40 mikrometreye kadar ayrılmış zaman kristalleri ortak bir frekansa kilitlenir. Keşif, bu egzotik spin sistemleri arasında şaşırtıcı derecede uzun menzilli bağlantıları ortaya koyuyor ve araştırmacıların gelecekteki spin tabanlı cihazlar geliştirmesine yardımcı olabilir.
TU Dortmund Üniversitesi'ndeki fizikçiler Ocak 2024'te yarı iletken içinde sürekli bir zaman kristalinin saatlerce kararlı kalan salınımlarla var olabildiğini gösterdi. Şimdi, Nature Communications'da yayımlanan yeni bir çalışmada Prof. Alex Greilich ve ekibi, aynı malzeme içinde birden fazla zaman kristalinin ortaya çıkabildiğini ve elektron-nükleer spin salınımlarını senkronize edebildiğini buldu.
Zaman kristalleri, tekrarlayan bir dış sinyal tarafından sürülmemelerine rağmen iç davranışları zaman içinde düzenli bir ritimde tekrar eden alışılmadık fiziksel sistemlerdir.
TU Dortmund deneylerinde, zaman kristalleri galyum arsenitten yapılmış ve küçük miktarda indiyum ve silikon içeren yarı iletken içinde oluşur. Bu eklenen elementler malzeme içinde yerelleşmiş elektronlar oluşturur. Yaklaşık -270 °C'ye yakın sıcaklıklarda her elektron yaklaşık bir milyon civarındaki nükleer spin ile etkileşir.
Süreci başlatmak için araştırmacılar elektron spinlerini hizalamak üzere bir pompa lazeri kullanır. Elektronlar daha sonra polarizasyonlarını çevreleyen nükleer spinlere aktarır. Zayıf bir manyetik alan uygulandığında, bu nükleer spinlerin polarizasyonu dönmeye başlar.
Elektron spinleri ile nükleer spinler arasındaki geri bildirim salınımların devam etmesini sağlar. İkinci bir lazer araştırmacıların bu salınımların zaman içinde nasıl geliştiğini izlemesine olanak tanır.
Ayrı Salınımlar Senkronize Oluyor
Yarı iletkenin farklı bölgeleri mikroskobik düzeyde mükemmel şekilde aynı değildir. Bu yerel varyasyonlar nedeniyle ayrı alanlarda oluşan zaman kristalleri normalde biraz farklı frekanslarda salınır.
Bu durum araştırmacılar geniş bir lazer ışınıyla birden fazla bölgeyi aynı anda aydınlattığında değişir. Bu koşullar altında ayrı salınımlar birbirine kilitlenebilir ve aynı frekansta çalışmaya başlayabilir.
Etki, Christiaan Huygens'in 1665'te iki sarkaç saatiyle yaptığı gözlemi hatırlatır. Huygens, aynı desteğe bağlı saatlerin zayıf mekanik etkileşim nedeniyle zamanla senkronize olabildiğini fark etti; bu etkileşim paylaşılan yapı aracılığıyla iletiliyordu.
Yarı iletkende bağlantı farklı çalışır. Mekanik titreşimler yerine zaman kristalleri spin-polarize elektronların hareketi yoluyla birbirine bağlanır.
Şaşırtıcı Mesafelerde Senkronizasyon
Takım, 40 mikrometre kadar uzakta bulunan zaman kristallerinin bile senkronize olabildiğini buldu. Bu mesafe tek bir osilatörün karakteristik boyutundan bin kattan daha büyüktür.
Ayrılma daha da büyüdüğünde ise bireysel zaman kristalleri birbirine kilitlenmez ve bağımsız olarak salınmaya devam eder.
Bulgular, uzaysal olarak ayrılmış spin sistemleri arasında yerel olmayan bağlanmayı gösteriyor. Ayrıca kontrol edilebilir spin osilatörlerinden oluşan gelecekteki ağların temelini atmaya da yardımcı olabilir ve bu durum spin tabanlı teknolojiler için yeni olanakların önünü açabilir.
