Realización de un cristal de tiempo continuo basado en un metamaterial fotónico

Un cristal de tiempo, como se propuso originalmente en 2012, es un nuevo estado de la materia en el que las partículas se encuentran en un movimiento oscilatorio continuo. Los cristales de tiempo rompen la simetría de la traducción del tiempo. Los cristales de tiempo discreto hacen esto al oscilar 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 quizás más importantes, porque exhiben una simetría de transformación de tiempo continua pero pueden entrar espontáneamente en un régimen de movimiento periódico inducido por pequeñas perturbaciones que se desvanecen. 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 superfríos dentro de una cavidad óptica iluminada por luz.

en un artículo publicado en física de la naturalezaInvestigadores de la Universidad de Southampton en el Reino Unido han demostrado que la nanoestructura de un metamaterial clásico puede evolucionar hacia un estado que exhibe las mismas características básicas de un cristal continuo en el tiempo.

«Hemos estado estudiando la interacción de la materia ligera con los metamateriales nano-optomecánicos durante varios años», dijo a Phys.org Nikolai I., uno de los investigadores que realizó el estudio. Zheludev. «Recientemente nos dimos cuenta de que esta es la plataforma perfecta para mostrar el estado cristalino del tiempo».

Como parte de su último estudio, Zheludev y sus colegas se propusieron realizar un estado cristalino 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 luz que resuena con el modo plasmónico de las metamoléculas contenidas en él indujo una transición de fase espontánea a un estado con las propiedades básicas de un cristal de tiempo continuo. Este estado se caracteriza por fluctuaciones continuas que resultan de las interacciones de muchos cuerpos de metamoléculas.

«Descubrimos que un metamaterial fotónico, una matriz de nanocables decorados con nanopartículas plasmónicas, puede lograr oscilaciones coherentes de los nanocables mediante la interacción de las partículas inducida por la luz», explicó Zheludev. “Estas oscilaciones ocurren automáticamente después de que la luz alcanza el umbral de luminancia. Tal comportamiento constituye un cristal de tiempo continuo, un nuevo estado de la materia».

Un estudio reciente realizado por este grupo de investigadores puede abrir nuevas vías para estudiar cristales de tiempo y estados dinámicos clásicos de muchos cuerpos en el régimen altamente correlacionado. En el futuro, el sistema único implementado por Zheludev y sus colegas también puede allanar el camino para el desarrollo de nuevos dispositivos ópticos y fotónicos.

«Hemos demostrado un cristal de tiempo continuo, un nuevo estado de la materia en una plataforma clásica simple, que es un paso significativo hacia la aplicación de un estado de capa 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 de metamateriales nano-optomecánicos y sus aplicaciones».