Físicos da Universidade TU Dortmund mostraram em janeiro de 2024 que uma constante de tempo pode ser mantida dentro de um semicondutor de cristal, cujas oscilações permanecem estáveis por horas. Agora, em um novo estudo publicado emcomunicação da naturezaO professor Alex Greulich e seus colegas descobriram que os cristais podem emergir várias vezes dentro do mesmo material e sincronizar suas oscilações de spin elétron-nuclear.
Os cristais do tempo são sistemas físicos incomuns cujo comportamento interno se repete em um ritmo regular ao longo do tempo, mesmo quando não são impulsionados por nenhum sinal externo repetido.
Nas experiências da TU Dortmund, cristais de tempo são formados dentro de um semicondutor feito de arsenieto de gálio com pequenas quantidades de índio e silício. Esses elementos adicionados criam elétrons localizados dentro do material. A temperaturas em torno de -270 °C, cada elétron interage com aproximadamente um milhão de spins nucleares vizinhos.
Para iniciar o processo, os pesquisadores usam uma bomba de laser para alinhar os spins dos elétrons. Os elétrons então transferem sua polarização para os spins nucleares circundantes. Quando um campo magnético fraco é aplicado, a polarização desses spins nucleares começa a girar.
O feedback entre o spin do elétron e o spin nuclear mantém a oscilação. Um segundo laser permite aos pesquisadores monitorar como essas oscilações evoluem ao longo do tempo.
oscilações diferentes entram em sincronia
Diferentes regiões de um semicondutor não são exatamente iguais no nível microscópico. Devido a estas variações locais, os cristais de tempo formados em diferentes regiões oscilarão tipicamente em frequências ligeiramente diferentes.
Isso muda quando os pesquisadores iluminam várias áreas ao mesmo tempo com um feixe de laser mais amplo. Nessas circunstâncias, osciladores diferentes podem travar-se e começar a operar na mesma frequência.
Este efeito lembra uma observação de Christiaan Huygens em 1665 envolvendo dois relógios de pêndulo. Huygens observou que os relógios presos ao mesmo suporte podiam sincronizar lentamente devido à fraca interação mecânica transmitida através dessa estrutura compartilhada.
Nos semicondutores, a conexão funciona de forma diferente. Em vez de vibrações mecânicas, os cristais de tempo são acoplados através do movimento de elétrons polarizados por spin.
Sincronização através de distâncias incríveis
A equipe descobriu que os cristais de cronometragem localizados a 40 micrômetros de distância ainda podiam sincronizar. Essa distância é mil vezes maior que o tamanho típico de um único oscilador.
No entanto, uma vez que a separação se torna maior, os cristais de tempo individuais não ficam mais interligados e, em vez disso, continuam a oscilar de forma independente.
As descobertas demonstram acoplamento não local entre sistemas de spin separados espacialmente. Eles também poderiam ajudar a estabelecer as bases para futuras redes de osciladores de spin controláveis, abrindo potencialmente novas possibilidades para tecnologias baseadas em spin.
