科学家在《自然·材料》杂志上发表了一项新研究,他们开发出一种特殊的“时间晶体”。这种材料不仅结构稳定,还能随着时间推移呈现周期性变化,且这种变化肉眼可见。
这项技术未来或可用于防伪领域,例如在钞票或证件上加入这种动态图案。由于图案在时间和空间上同时变化,仿造难度将显著增加。
这一突破是否意味着我们日常的防伪技术即将迎来一次重要升级?
要理解这个“时间晶体”有多牛,我们可以从2012年诺贝尔奖得主弗兰克·维尔切克提出的设想说起。他观察钻石中规则排列的碳原子时思考:物质能在空间中形成周期性结构,是否也可能在时间维度上出现规律性变化?
这一设想最初因违背物理定律而受到质疑,但科学家转而探索在动态系统中实现时间晶体的可能性。随后多年,研究人员通过金刚石缺陷、激光操控离子甚至量子计算机等多种途径,在微观层面观测到时间晶体的特征。
然而,这些现象均需精密设备才能探测,难以直观感知。
近期,韩国Young-Ki Kim团队取得突破性进展。他们发现常见的液晶材料可呈现时间晶体的特性,且其周期性变化无需仪器辅助,肉眼即可直接观察。
这一发现是否意味着时间晶体将从理论概念走向实际应用?
那么,科学家们究竟是怎么用液晶造出这种“看得见”的时间晶体的呢?其实,原理听起来并不复杂,但实现起来却充满了智慧。
他们准备了两块涂有特殊光敏染料的玻璃板,然后,在两块玻璃板之间夹了一层薄薄的液晶膜。液晶分子就像一根根细长的小棒子,平时都懒洋洋地朝着一个方向排列。
接下来,就是见证奇迹的时刻了!当研究人员用光照射玻璃板上的光敏染料时,这些染料分子就会突然“转身”,然后挤压旁边的液晶分子。
如同推倒了第一块多米诺骨牌,瞬间引发了连锁反应。一个液晶分子被挤得“扭腰”后,它旁边的分子也会跟着“扭”,然后是更远处的分子……很快,成千上万个微小的“扭结”就在液晶膜里冒了出来。这些“扭结”可不是乱七八糟地晃动,它们就像一群训练有素的舞者,开始了一场优雅的“集体舞”。
它们在液晶膜里游动、碰撞,然后又重新排队。最神奇的是,每隔一段时间,这些“扭结”的排列和运动模式都会回到之前的某个状态,周而复始,就像一个永不停歇的时钟。
这就是“时间晶体”的核心特征,在时间维度上的重复排列,就像普通晶体在空间维度上的规则结构一样。
为了让我们能“看”到这场分子芭蕾,科学家们用了一种特殊的偏振显微镜。通过显微镜,他们发现,液晶分子排列方向的不同,会导致光线透过量的差异,从而在屏幕上呈现出明暗相间的条纹。
这些条纹,就是分子们“跳舞”时留下的“舞迹”。更令人惊叹的是,这些流动的条纹,即使放大到厘米级,用我们的肉眼也能清晰可见!你甚至可以眯着眼睛,直接看到它们在液晶膜里有节奏地流动和变幻。
研究负责人伊万·斯马柳赫(Ivan Smalyukh)将这种新发现称为“时空晶体”。这个名字非常贴切,因为它不光在时间上有周期性的变化,在空间上也呈现出规律的图案。这就像是一场立体的“舞剧”,既有空间上的造型,又有时间上的节奏。
这项能够用肉眼观察的“时间晶体”技术,具有实际的应用价值。
最直接的应用是防伪领域。如果将这种材料制成动态变化的标识,用于钞票、证件等物品,由于其图案会随时间规律变化且难以仿制,只需用光照射即可辨别真伪,能有效提升防伪水平。
此外,通过组合不同图案的时间晶体,还可能开发出“动态二维码”。与传统静态二维码相比,这种新型二维码可以通过图案变化存储更多信息,为数据存储和加密技术提供新的思路。
该材料在量子计算、精密测量等领域也具备应用潜力。它展示了物质在时间维度上呈现周期性变化的新特性,丰富了我们对材料行为的认识。
从2012年理论提出到实现肉眼可见,时间晶体的研究取得了实质性进展。这项技术是否会很快走向实际应用,值得关注。
更新时间:2025-09-24
本站资料均由网友自行发布提供,仅用于学习交流。如有版权问题,请与我联系,QQ:4156828
© CopyRight 2020-=date("Y",time());?> All Rights Reserved. Powered By 71396.com 闽ICP备11008920号
闽公网安备35020302034903号