我們熟知的普通晶體，例如雪花和鉆石，都具有空間上的周期性排列結(jié)構(gòu)。然而，時間晶體則是一個更加奇特的存在，它是一種打破時間平移對稱性的新型物質(zhì)狀態(tài)，其物理性質(zhì)在時間維度上呈現(xiàn)出周期性變化。可以將它想象成一個擺鐘，不需要額外的推動，就能始終保持特定間隔的擺動，仿佛遵循著某種內(nèi)部時鐘的指揮。這一特性賦予了時間晶體獨特的功能和應用潛力，引起了物理學界的廣泛關(guān)注。

時間晶體的概念最早由 Frank Wilczek 在 2012 年提出。他指出，在某些情況下，即使系統(tǒng)的哈密頓量不隨時間顯性依賴，系統(tǒng)的物理量也可能表現(xiàn)出時間周期性。這一現(xiàn)象被稱為自發(fā)時間破缺。

雖然時間晶體聽起來非常酷炫，但科學家們一直以來在制造方面面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)。早期的實驗結(jié)果顯示，時間晶體只能維持幾毫秒的壽命，這使得深入研究其特性變得異常困難，也限制了其潛在的應用前景。

最近發(fā)表在《自然物理學》的一篇論文成功克服了先前的難關(guān)，在制造時間晶體方面取得了重大突破！他們創(chuàng)造了一種穩(wěn)定性極高的全新版本，其持續(xù)時間比以往實驗足足長了數(shù)百萬倍。這種新穎的時間晶體利用了電子-核自旋系統(tǒng)，巧妙地嵌入到特制半導體材料之中。

該研究團隊利用氮化鎵半導體中的電子核自旋系統(tǒng)構(gòu)建了實驗平臺，這種材料內(nèi)部的電子和原子核會相互作用。研究人員通過巧妙地調(diào)整材料的成分，利用微波脈沖對電子自旋施加周期性驅(qū)動，而電子又會驅(qū)動原子核產(chǎn)生特定的自旋極化現(xiàn)象。正是這種自旋極化，讓原子核周期性地振蕩起來，從而形成了時間晶體。

實驗結(jié)果表明，在特定的實驗參數(shù)范圍內(nèi)，電子核自旋系統(tǒng)能夠自發(fā)形成時間晶體。該時間晶體具有以下特點：具有與驅(qū)動頻率無關(guān)的固有時間周期，約為 10 納秒；在室溫下能夠保持數(shù)小時的相干時間；對噪聲和參數(shù)擾動具有較強的魯棒性。

這項研究最令人振奮的突破之處在于時間晶體的超長壽命。與以往實驗中轉(zhuǎn)瞬即逝的毫秒級壽命相比，新型時間晶體能夠穩(wěn)定持續(xù)數(shù)百萬倍的時間。如此巨大的提升將為深入探索時間晶體的奧秘打開大門，并使其在未來擁有廣闊的應用前景。

超穩(wěn)定的時間晶體擁有令人著迷的未來。它有望成為研究非線性相互作用基本原理的強大平臺。此外，其精準穩(wěn)定的振蕩特性還可以用于研制芯片級頻率標準，在微型化設備領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

這項研究標志著時間晶體領(lǐng)域邁出了關(guān)鍵的一步。能夠制造出如此持久的時間晶體，不僅為進一步的探索鋪平了道路，還為時間晶體在計時領(lǐng)域的潛在應用奠定了基礎(chǔ)，未來或許將徹底改變微型化計時器件的面貌。