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Mar 20, 2023

フォトニックメタマテリアルに基づく連続時間結晶の実現

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2023 年 5 月 8 日の特集

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イングリッド・ファデリ著、Phys.org

2012 年に最初に提案されたタイムクリスタルは、粒子が連続的に振動運動している新しい物質の状態です。 時間の結晶は時間の平行移動の対称性を破ります。 離散時間結晶は、周期的な外部パラメトリック力の影響下で振動することによって振動します。このタイプの時間結晶は、トラップされたイオン、原子、スピン系で実証されています。

連続時間結晶は、連続時間平行移動対称性を示しながらも、消えるほど小さな摂動によって自発的に周期運動の領域に入る可能性があるため、より興味深く、おそらくより重要です。 この状態は開放系でのみ可能であることが現在では理解されており、光が照射された光共振器内の超低温原子の量子系では、連続的な量子時間結晶状態が最近観察されている。

Nature Physics に掲載された論文の中で、英国のサウサンプトン大学の研究者らは、古典的なメタマテリアルのナノ構造を、連続時間結晶と同じ重要な特性を示す状態に駆動できることを示しました。

「私たちは数年間、ナノオプトメカニカルメタマテリアルと光物質の相互作用を研究してきました」と、研究を実施した研究者の一人であるニコライ・I・ゼルデフ氏はPhys.orgに語った。 「私たちは最近、これが時間の結晶状態を実証するのに最適なプラットフォームであることに気付きました。」

最近の研究の一環として、Zheludev と彼の同僚は、フォトニック メタマテリアルを使用して連続時間結晶状態を実現することに着手しました。 彼らが使用したシステムは、柔軟なナノワイヤでサポートされたプラズモニックメタ分子（つまり、ナノスケールでの光との相互作用を促進する人工構造）の 2D アレイです。

研究者らは、このフォトニックメタマテリアルに含まれるメタ分子のプラズモニックモードと共鳴する光を連続的かつコヒーレントに照射すると、連続時間結晶の重要な特性を持つ状態への自発的相転移が引き起こされることを実証した。 この状態は、メタ分子間の多体相互作用から生じる連続振動によって特徴付けられます。

「私たちは、プラズモニックナノ粒子で装飾されたナノワイヤーのアレイであるフォトニックメタマテリアルが、粒子間の光誘起相互作用によってナノワイヤーのコヒーレント振動状態に駆動できることを発見しました」とZheludev氏は説明した。 「これらの振動は、光照射の閾値に達すると自発的に現れます。このような挙動は、連続時間の結晶、つまり物質の新しい状態を構成します。」

この研究者チームによる最近の研究は、強相関領域における時間結晶と動的古典多体状態の研究に新たな道を開く可能性がある。 将来的には、Zheludev 氏と彼の同僚によって実現されたユニークなシステムは、新しい光学および光デバイスの開発への道を開く可能性もあります。

「我々は、単純な古典的プラットフォーム上で物質の新しい状態である連続時間結晶を実証した。これは、フォトニクスデバイスにおける連続時間地殻状態の応用に向けた実質的な一歩となる」とZheludev氏は付け加えた。 「報告された観察はほんの始まりにすぎず、我々はナノオプトメカニカルメタマテリアル連続時間結晶の基本的特性とその応用を引き続き探索していきます。」

詳しくは： Tongjun Liu 他、連続時間結晶のフォトニック メタマテリアル アナログ、Nature Physics (2023)。 DOI: 10.1038/s41567-023-02023-5

雑誌情報:自然物理学

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