Lần đầu tiên tạo ra "tinh thể thời gian" có thể nhìn bằng mắt thường

Bước đột phá trong vật lý vật chất ngưng tụ

Các nhà khoa học tại Đại học Colorado Boulder vừa công bố một phát hiện mang tính đột phá trong lĩnh vực vật lý vật chất ngưng tụ: lần đầu tiên tạo ra và quan sát trực tiếp tinh thể thời gian bằng mắt thường.

Công trình được đăng tải trên tạp chí Nature Materials, đánh dấu một cột mốc quan trọng trong việc hiện thực hóa khái niệm được nhà vật lý Frank Wilczek đề xuất vào năm 2012.

Tinh thể thời gian là gì?

Khác với tinh thể thông thường có cấu trúc lặp lại trong không gian, tinh thể thời gian là một trạng thái vật chất đặc biệt, trong đó các thành phần như nguyên tử hoặc phân tử dao động đều đặn theo thời gian mà không cần bổ sung năng lượng.

Hiện tượng này được ví như một chiếc đồng hồ tự hoạt động mãi mãi mà không cần lên dây cót.

Trong hơn một thập kỷ qua, nhiều nỗ lực tái tạo tinh thể thời gian đều yêu cầu môi trường lượng tử phức tạp và không thể quan sát bằng mắt thường.

Phương pháp tạo tinh thể thời gian có thể quan sát

Trong nghiên cứu mới, nhóm của Giáo sư Ivan Smalyukh và nghiên cứu sinh Hanqing Zhao đã sử dụng vật liệu tinh thể lỏng quen thuộc trong công nghệ màn hình.

Họ đặt dung dịch tinh thể lỏng giữa hai tấm kính mỏng, sau đó chiếu sáng qua lớp kính được phủ một lớp phân tử thuốc nhuộm đặc biệt.

Khi ánh sáng tương tác với thuốc nhuộm, các phân tử thay đổi hướng, tác động đến cấu trúc tinh thể lỏng bên trong và tạo ra các mẫu “nút xoắn” chuyển động nhịp nhàng theo chu kỳ.

Hiện tượng này hình thành các hoa văn loang màu rõ nét, chuyển động đều đặn dưới kính hiển vi. Điều đáng chú ý là trong một số điều kiện ánh sáng và môi trường nhất định, các hoa văn này có thể được nhìn thấy trực tiếp bằng mắt thường.

Các tinh thể thời gian này còn có độ bền cao, duy trì chuyển động tuần hoàn ngay cả khi điều chỉnh nhiệt độ môi trường, mở ra tiềm năng ứng dụng thực tiễn.

Ứng dụng tiềm năng chống làm giả và lưu trữ dữ liệu

Theo nhóm nghiên cứu, việc tạo ra tinh thể thời gian ở dạng có thể quan sát không chỉ giúp chúng ta tiếp cận gần hơn với bản chất của thời gian trong vật lý lý thuyết, mà còn mở ra nhiều hướng phát triển trong công nghệ ứng dụng.

Một trong những ứng dụng tiềm năng là sử dụng các tinh thể này trong công nghệ chống làm giả tiền tệ hoặc giấy tờ tùy thân. Khi chiếu sáng, các hoa văn dao động đặc trưng sẽ xuất hiện như một “dấu thời gian” độc nhất, rất khó sao chép.

Bên cạnh đó, nếu xếp chồng nhiều lớp tinh thể thời gian lên nhau, các nhà khoa học có thể tạo ra các mẫu hoa văn phức tạp để phục vụ lưu trữ dữ liệu số với dung lượng lớn và khả năng mã hóa cao.

Giáo sư Smalyukh nhấn mạnh rằng nhóm nghiên cứu chưa muốn giới hạn tiềm năng của công nghệ này. Ông tin rằng vẫn còn rất nhiều cơ hội để mở rộng và ứng dụng khám phá này vào những lĩnh vực chưa từng được nghĩ tới.