Lorsque vous refroidissez de l'eau liquide, il cristallise en glace. Considérez un seau rempli d'eau, par exemple. Quand l'eau est liquide, les molécules d'eau peuvent se trouver n'importe où à l'intérieur du seau. Dans ce sens, chaque point à l'intérieur du seau est équivalent. Une fois l'eau gelée, cependant, les molécules d'eau occupent des positions bien définies dans l'espace. Ainsi, tous les points à l'intérieur du seau ne sont plus équivalents. Les physiciens appellent ce phénomène une brisure spontanée de symétrie. Ici, la symétrie de translation dans l'espace est brisée par la formation du cristal.

Est-il possible que des cristaux se forment dans le temps au lieu de l'espace ? Bien que cela semble une notion étrange, il s'avère qu'un cristal temporel peut émerger lorsqu'un système physique de nombreuses particules en interaction est périodiquement entraîné. La caractéristique déterminante d'un cristal temporel est qu'un observable macroscopique, comme le courant électrique dans un solide, oscille à une fréquence inférieure à la fréquence d'entraînement.

Jusque là, des cristaux de temps ont été réalisés dans des systèmes modèles artificiels. Mais maintenant, qu'en est-il des systèmes réels? Un morceau de supraconducteur à haute température est un système tellement réel que vous pouvez l'acheter en ligne. Il n'y a pas grand chose à voir, avec son brunâtre, couleur rouille. Pourtant, son flux d'électrons sans friction à des températures allant jusqu'à 100 K (-173 °C) constitue l'un des phénomènes les plus spectaculaires de la science des matériaux.

"Nous proposons de transformer un supraconducteur à haute température en cristal temporel en y projetant un laser, " explique le premier auteur Guido Homann du département de physique de l'Université de Hambourg. La fréquence du laser doit être réglée sur la somme de résonance de deux excitations fondamentales du matériau. L'une de ces excitations est le mode insaisissable de Higgs, qui est conceptuellement lié au boson de Higgs en physique des particules. L'autre excitation est le mode plasma, correspondant à un mouvement oscillatoire de paires d'électrons, qui sont responsables de la supraconductivité.

Co-auteur Dr. Jayson Cosme de l'Universität Hamburg, maintenant Université des Philippines, ajoute que "la création d'un cristal temporel dans un supraconducteur à haute température est une étape importante car elle établit cette véritable phase dynamique de la matière dans le domaine de la physique du solide". Le contrôle des solides par la lumière n'est pas seulement fascinant d'un point de vue scientifique, mais aussi technologiquement pertinent, comme l'a souligné le chef de groupe, le professeur Dr. Ludwig Mathey. "Le but ultime de nos recherches est de concevoir des matériaux quantiques à la demande." Avec leur nouvelle proposition, cette entreprise fascinante est maintenant avancée vers des états dynamiques de la matière, plutôt que les états statiques habituels de la matière, en élaborant une stratégie pour concevoir des cristaux temporels au lieu de cristaux réguliers, qui ouvre une nouvelle et surprenante direction de la conception matérielle.