スピンメーザー系で時間結晶を観測(Researchers Observed Time Crystal in Spin Maser System)

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2025-05-09 中国科学院(CAS)

スピンメーザー系で時間結晶を観測(Researchers Observed Time Crystal in Spin Maser System)Dependency of the time crystal on the amplitude and phase of the feedback magnetic field. (Image by NTSC)

中国科学院国家授时中心と上海交通大学の共同研究チームは、スピンメーザーシステム内で時間結晶の観測に成功しました。時間結晶とは、フランク・ウィルチェック博士が提唱した新しい物質の相で、時間並進対称性を自発的に破ることで新たな時間的振動を生み出すものです。研究では、Rb-Xeハイブリッド原子スピンメーザーシステムを用い、スピンフィードバック磁場の相互作用強度がスピン-DC磁場の強度を超えると、元のスピンラーモア歳差運動とは異なる周波数での明確なスピン振動信号が現れることを発見しました。この信号はランダムな位相を持ち、繰り返しの実験でも高い安定性を示し、時間結晶の定義に合致します。この成果は、精密測定物理学に基づく基礎研究や実用的応用の両方に利用される可能性があります。研究結果は、2025年5月5日付で『Communications Physics』誌に掲載されました。

<関連情報>

スピン・メーザー系における時間結晶の観測 Observation of time crystal in a spin maser system

Weiyu Wang,Mingjun Feng,Qianjin Ma,Zi Cai,Erwei Li & Guobin Liu
Communications Physics  Published:05 May 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s42005-025-02117-x

Abstract

Pair interaction potentials between atoms in a crystal are in general non-monotonic in distance, with a local minimum whose position gives the lattice constant of the crystal. A temporal analogue of this idea of crystal formation is still pending despite intensive studies on the time crystal phase. In a hybrid spin maser system with a time delay feedback, we report the observation of a time crystal induced by a retarded interaction with a characteristic time scale. This nonequilibrium phase features a self-sustained oscillation with an emergent frequency other than the intrinsic Larmor precession frequency of the spin maser system. It is shown that the amplitude of the oscillation is robust against perturbation, while its time phase randomly distributes from 0 to 2π for different realizations, a signature of spontaneous time translation symmetry breaking. This time crystal phase emerges only when the feedback strength exceeds a critical value, at which the system experiences a first order phase transition. Such a retarded interaction induced time crystal is closer to the idea of crystal, compared to other time crystal realizations.

1701物理及び化学
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