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Space-time crystals of trapped ions

zqyin 添加于 2012-6-22 08:58 | 2485 次阅读 | 0 个评论

作者
Li T, Gong Z-X, Yin Z-Q, Quan HT, Yin X, Zhang P, Duan L-M, Zhang X
摘要
Great progresses have been made in exploring exciting physics of low dimensional materials in last few decades. Important examples include the discovering and synthesizing of fullerenes (zero dimensional, 0D), carbon nanotubes (1D) and graphene (2D). A fundamental question is whether we can create materials with dimensions higher than that of conventional 3D crystals, for example, a 4D crystal that has periodic structures in both space and time. Here we propose a space-time crystal of trapped ions and a method to realize it experimentally by confining ions in a ring-shaped trapping potential with a static magnetic field. The ions spontaneously form a spatial ring crystal due to Coulomb repulsion. This ion crystal can rotate persistently at the lowest quantum energy state in magnetic fields with fractional fluxes. The persistent rotation of trapped ions produces the temporal order, leading to the formation of a space-time crystal. We show that these space-time crystals are robust for direct experimental observation. The proposed space-time crystals of trapped ions provide a new dimension for exploring many-body physics and emerging properties of matter.
详细资料
- 关键词: quant-ph; cond-mat.quant-gas; physics.atom-ph
- 文献种类:手稿
- 期卷页: 2012年
- 日期: 2012-6-21
- 发布方式: arXiv e-prints
- 备注:arXiv:1206.4772v1
标签

ion trap time crystal
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最近，我与合作者们完成了一篇论文《Space-time crystal of trapped ions》。我相信这是一个能够在真实物理系统中实现时间晶体。这个系统不仅在三维时间上结晶了，在时间上也可以结晶，最终我们可以得到一块四维时空的晶体。预想中的时间晶体的某些奇妙性质，也许有一天能够在实验室中得到验证。从某种程度上说，这是我最接近科幻的研究课题，终于我也开始研究这种科幻小说中经常出现的新奇概念了。多年来，我一直喜欢读科幻小说，也喜欢物理学并以此为职业，如今我的兴趣终于会合了。下面附上刘慈欣在小说《三体》中写的一首诗：

    我看到了我的爱恋
    我飞到她的身边
    我捧出给她的礼物
    那是一小块凝固的时间
    时间上有美丽的条纹
    摸起来像浅海的泥一样柔软
    她把时间涂满全身
    然后拉起我飞向存在的边缘
    这是灵态的飞行
    我们眼中的星星像幽灵
    星星眼中的我们也像幽灵

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