光子超材料表现出新物质态特征，符合连续“时间晶体”属性

2023-05-10 06:13:37 科技日报

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科技日报记者张佳欣

英国南安普顿大学研究人员在最新一期《自然·物理学》上发表论文称，经典的超材料纳米结构可驱动到一种状态，表现出与连续“时间晶体”相同的关键特征。

英国南安普顿大学的刘彤君博士在纳米光机械平台上进行光子时间晶体实验。图片来源：物理学家组织网

时间晶体最初在2012年提出，它是一种新的物质状态，其中粒子处于连续的振荡运动中。时间晶体打破了时间平移对称性。离散时间晶体通过在周期性外参数力的影响下振荡来实现这一点，这种类型的时间晶体已在捕获的离子、原子和自旋系统中得到证实。

研究人员表示，连续时间晶体更有趣，也可以说更重要，因为它们表现出连续的时间平移对称性，但可自发地进入一个周期运动的状态。此前，人们认为这种状态只有在开放系统中才是可能的，最近在光照射的光学腔内的超冷原子的量子系统中，科学家观察到了连续的量子－时间－晶态。

研究人员使用光子超材料来实现连续的时间晶态。他们使用的系统是由柔性纳米线支撑的二维等离子体元分子阵列，即促进与纳米级光相互作用的人造结构。

结果证明，用与其中所含超分子的等离子体模式共振的光连续且相干地照射这种光子超材料，会导致自发相变到具有连续时间晶体关键特性的状态。这种状态的特征是超分子之间的多体相互作用导致的连续振荡。

研究人员之一尼古拉·哲鲁德夫解释说，光子超材料，即一种用等离子体纳米粒子装饰的纳米线阵列，可通过粒子之间的光诱导相互作用驱动纳米线的相干振荡状态。当达到光照阈值时，这些振荡就会自发出现。这种行为构成了一个连续的时间晶体，一种新的物质状态。

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