원자나 분자가 공간적 주기성을 가지고 배열 된 물질이 "결정"으로, 이 주기성을 시간 방향으로 확장 한 특이한 물질이 "시간 결정"이다. 2016년에 세계 최초로 생산에 성공한 시간 결정이지만, 세계 최초로 그 진동의 모습을 영상으로 포착하는 데 성공했다.
"시간 결정"은 공간 방향뿐만 아니라 시간 방향으로 주기성을 가진 물질로, 매사추세츠 공과 대학의 물리학 자 프랭크 윌 체크 씨가 제창 한 것이다. 입자의 규칙적인 배열이 3차원 공간뿐만 아니라 시간 방향으로도 확산되고 있기 때문에, 4차원의 결정 구조를 가지고 있다는 것이 시간 결정의 특징이며, 그 특이한 구조로 "실현 불가능이다"라고 되어있었다.
그러나, 2016년 10월에 메릴랜드 대학의 크리스 먼로 교수가 이끄는 연구팀이 세계 최초로 시간 결정을 만드는 데 성공. 시간 결정을 만들기위한 기본 공정은 매우 단순하고, 이온 그룹과 같은 양자 계를 링 모양으로 만들고, 에너지 상태가 가장 낮아질때까지 냉각한다. 그러면, 물리 법칙으로 링이 완전히 정지하게되고, 시간 결정이 생성된다고한다.
그런 시간 결정의 진동의 모습이, 세계 최초로 영상으로 기록되었다고. 연구팀은 주 사형 투과 X선 현미경을 이용해, 준 입자의 매그 논을 이용하여 생성 된 시간 결정의 진동을 실시간으로 촬영하는 데 성공했다.
다음은 실제로 촬영 된 시간 결정이 진동하는 모습을 포착 한 영상으로, 최대 400억 초당 프레임으로 촬영되었다고한다.
시간 결정의 진동의 모습을 촬영하는 데 성공했던 폴란드에 있는 아담 미츠키예비치 대학의 물리락자 Pawel Gruszecki 씨 연구팀. Gruszecki 씨는 "이번 발표로 시간 결정이 지금까지 생각해온 것보다 훨씬 강력하고 널리 존재하고 있음을 보여줄 수 있게되었습니다"라고 말하고, 이번 촬영에 사용 된 매그 논 제의 시간 결정에 대해, "많은 가능성을 지닌 응용으로 이어질 수 있습니다"라고 언급.
많은 과학자들은 준 입자의 매그 논 과 보스=아인슈타인 응축을 이용하는 것으로, 시간 결정을 생성. 그러나, Gruszecki 씨 연구팀은 무선 주파수를 이용하여 전류를 보내는것이 가능한 타이지 파말로이를 사용하는 다른 접근 방식을 취하고있다. 타이지 파말로이로 전류를 흘리면 진동 자기장이 생성되고, 자기의 파도가 발생. 이 자기의 파도가 파말로이의 매그 논을 자극하고, 이동하는 매그 논은 주기적인 패턴에 응축해, 시간 결정으로 되는것 같다.
Gruszecki 씨와 함께 시간 결정의 진동을 촬영 한 독일 Max Planck Institute for Intelligent Systems 학생 인 Nick Trager 씨는, "시간 결정이 다른 준 입자와 상호 작용 할 수 있음을 보여줄 수 있었습니다. 동영상은 물론이지만, 실험에서 이것을 직접 나타난 것은 지금까지 없었습니다"라고...
시간 결정은 이론적으로는 가능한 한 낮은 에너지 상태로 진동하기 때문에, 장기간에 걸쳐 안정적으로 일관성이 높아야 한다. Gruszecki 씨들의 연구팀이 제안하는 매그 논을 이용한 시간 결정의 생성 방법은, 시간 결정을 쉽게 조작 할 수 있으며, 생성도 간단하기 때문에 전례없는 "시간 결정의 실용적인 응용"에 물을 열 수있는 키가 될 수있다는 것.
시간 결정의 구체적인 응용의 방향성은 통신, 레이더, 이미징 기술 등을 들 수있다.
