Une image illustrant des simulations numériques de la dynamique temporelle d'une dimension unidimensionnelle, conduit périodiquement, système classique à plusieurs corps, couplé à un bain à température finie. L'espace court horizontalement, tandis que le temps s'écoule verticalement. L'image montre une configuration initialement uniforme (c'est-à-dire la configuration supérieure, qui est uniformément blanc) qui donne finalement lieu à une dynamique temporelle cristalline à double période. Crédit :Zaletel, Yao, et al.
Notre courant, une compréhension bien établie des phases de la matière concerne principalement les systèmes qui sont à ou près de l'équilibre thermique. Cependant, il y a un monde riche de systèmes qui ne sont pas en état d'équilibre, qui pourrait accueillir de nouvelles et fascinantes phases de la matière.
Récemment, des études portant sur des systèmes hors d'équilibre thermique ont conduit à la découverte de nouvelles phases dans des systèmes quantiques entraînés périodiquement, dont la plus connue est la phase cristalline à temps discret (DTC). Cette phase unique est caractérisée par des oscillations sous-harmoniques collectives résultant de l'interaction entre les interactions à plusieurs corps et la conduite hors équilibre, ce qui entraîne une perte d'ergodicité.
De façon intéressante, les oscillations sous-harmoniques sont également connues pour être une caractéristique des systèmes dynamiques, tels que les modèles prédateurs-proies et les résonances paramétriques. Certains chercheurs ont ainsi exploré la possibilité que ces systèmes classiques puissent présenter des caractéristiques similaires à celles observées dans la phase DTC.
Des chercheurs de l'Université de Californie ont récemment mené une étude sur cette possibilité, en se concentrant sur la dynamique hamiltonienne entraînée périodiquement couplée à un bain à température finie, qui peut fournir à la fois du frottement et du bruit. Leur papier, récemment publié dans Physique de la nature , montre que le bruit et les interactions apparaissant dans ce système peuvent entraîner une transition de phase dynamique du premier ordre, d'une phase invariante de traduction temporelle discrète à une phase cristalline à temps discret classique (CDTC) "activée".
"Notre objectif était d'explorer si un système à plusieurs corps purement classique couplé à un système bruyant, un environnement à température finie pourrait afficher le même type d'ordre cristallin temporel rigide que l'on sait apparaître dans les systèmes quantiques, " Michel Zalétel, l'un des chercheurs qui a mené l'étude, dit Phys.org.
Les expériences les plus récentes sur les cristaux temporels se sont concentrées sur les systèmes quantiques, tels que les ions atomiques piégés et les spins à l'état solide. Cependant, inspiré d'expériences sur les ondes de densité de charge entraînées remontant aux années 1980, Zaletel et ses collègues ont décidé de revenir à la question de savoir si l'ordre cristallin du temps pouvait apparaître dans les systèmes classiques hors équilibre.
Dans leurs expériences numériques, les chercheurs ont découvert que lorsqu'ils sont couplés à un bain à température finie, un système classique 1-D piloté périodiquement peut présenter une transition de phase entre un CDTC activé et une phase ininterrompue de symétrie. Dans la phase CDTC, la symétrie de la traduction du temps est éclatée à des échelles de temps exponentiellement longues. En outre, les chercheurs ont observé la présence de corrélations de loi de puissance le long d'une ligne critique de premier ordre.
"Pour un système classique générique à une dimension, nous constatons que l'ordre cristallin du temps survit pendant une durée exponentielle, mais finalement échelle de temps finie, " Norman Yao, un autre chercheur impliqué dans l'étude, dit Phys.org. "Une question ouverte intrigante est de savoir si l'on peut utiliser un ensemble plus complexe d'interactions entre les particules classiques pour étendre le comportement cristallin du temps à des temps infinis. Bien que nous ne soyons pas positifs à ce sujet, nous conjecturons, s'appuyant sur un beau résultat atteint par Peter Gács dans le contexte des automates cellulaires probabilistes, que les cristaux temporels classiques à durée de vie infinie peuvent en effet exister dans n'importe quelle dimension."
La récente étude réalisée par Zaletel, Yao et leurs collègues sont l'un des premiers à explorer la transition de phase DTC dans un système classique à plusieurs corps hors équilibre. À l'avenir, les chercheurs prévoient de mener d'autres études visant à prouver rigoureusement leur conjecture selon laquelle les cristaux temporels classiques existent.
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