Aika kide on toistuva rakenne ajassa ja tilassa.
Se ulottaa kiteen ajatuksen aikadimensioon, jota kerran pidettiin mahdottomana.
Idean tällaisesta rakenteesta ehdotti Frank Wilczek vuonna 2012 . Viimeksi mainitun mukaan on mahdollista suunnitella rakenne, joka koostuu jaksoittaisesti alkuperäiseen tilaansa liikkuvien ja palaavien hiukkasten ryhmästä, joka muodostaisi "aikakiteen". Lauseke on väärennetty siitä, mitä havaitaan "klassisessa" kiteessä, jonka atomirakenne osoittaa kuvion toistumisen avaruuden eri suuntiin. Aikakiteessä toisaalta kuvio toistuu jaksoittain ajan mittaan, kuten oskillaattori.
Wilczekin mukaan tämä ajatus on kuitenkin erotettava ikuisesta liikkeestä (fysiikan lakien mukaan), koska ajallinen kide ei lähetä energiaa, etenkään sen pyörimisenergian säteilyllä. Tällaista rakennetta ei kuitenkaan voi olla termodynaamisessa tasapainossa .
Myös vain ulkoinen jaksollinen viritys voi saada aikaan ajallisen kiteen, joka kuitenkin absorboi energiaa, toisin kuin Frank Wilczek .
Ajallisen käännössymmetrian idea on, että fysiikan (tai tietyn järjestelmän) lait ovat muuttumattomia, kun ne liikkuvat ajassa, ts. Ne pysyvät samana tulevaisuudessa tai menneisyydessä. Tämä symmetria johtaa energiansäästöön.
Avaruuskiteet, toisin sanoen kiteet tavallisessa mielessä, hajottavat symmetrian spatiaalisella käännöksellä: ne ovat jaksollisia atomien tai molekyylien järjestelyjä, eivätkä ne ole invariantteja kääntämisen tai mielivaltaisen rotaation avulla, toisin kuin yleinen fysiikan lait, ja toisin kuin useimmat nesteet tai kaasut.
Ajalliset kiteet hajottavat symmetrian ajallisesti kääntämällä samalla tavalla kuin erillinen symmetria, joka hajoaa spatiaalisella käännöksellä . Esimerkiksi kiteen pinnalle kiinteytyvän nesteen molekyylit voivat kohdistaa kiteen molekyylien kanssa, mutta vähemmän symmetrisellä järjestelyllä kuin kiteen molekyylit (esimerkiksi enemmän etäisyydellä toisistaan): alkuperäinen symmetria rikkoutuu. Tällä symmetriamurtumalla on kolme tärkeää ominaisuutta:
Ajalliset kiteet hajottavat symmetrian ajallisen käännöksen avulla ja toistavat itsensä säännöllisesti ajan myötä, vaikka järjestelmän lait olisivatkin invariantit ajallisella käännöksellä. Tällä hetkellä tutkitut ajalliset kiteet rikkovat symmetrian diskreetin ajallisen käännöksen avulla : ne ovat järjestelmiä, jotka pakotetaan jaksollisen ulkoisen voiman avulla, ja heilahtelevat murto- osassa pakotustaajuudesta. Alkuperäinen symmetria on siis jo erillinen symmetria ( ) eikä jatkuva symmetria ( ).
Monilla järjestelmillä on spontaania ajallisen symmetrian rikkomiskäyttäytymistä: konvektiosolut , värähtelevät kemialliset reaktiot, aeroelastiset epävakaudet ja subharmoniset vastaukset jaksolliseen voimaan, kuten Faradayn epävakaudet ja NMR-spin-kaiut.
Mutta ajalliset kiteet (tunnetaan nimellä Floquet) ovat ainutlaatuisia, koska ne noudattavat tiukkaa symmetrian määritelmää , joka hajoaa erillisellä ajallisella käännöksellä :
Lisäksi ajallisten kiteiden symmetrinen hajoaminen on seurausta järjestelmän elementtien, toisin sanoen kollektiivisen prosessin , vuorovaikutuksesta , kuten avaruuskiteistä.
Marylandin yliopiston tutkijat sanoivat lokakuussa 2016, että he olivat luoneet ensimmäisen erillisen aikakiteen (DTC) kymmenen 171 Yb + ( ytterbium ) -ionin ketjusta Paul-ansaan . Yksi kahdesta spin-tilasta on valittu lasersädeparilla . Tutkijat havaitsivat säännöllisten ja synkronoitujen värähtelyjen tutkittuja pyöriä. Toisin kuin normaalit kristalliatomit, jotka ovat stabiileja (ts. Vastustuskykyisiä avaruuden muutoksille), ajallisia kiteitä ei voi esiintyä termisessä tasapainossa (epätasapainossa Floquet-tyyppisessä järjestelmässä, joka altistetaan jaksottaiselle viritykselle, joka antaa ajallisia korrelaatioita taajuuksilla virityksen harmonisten alaisina) ja sen vuoksi vaativat ylläpitämään värähtelyjensä ulkoisen energian vaikutuksen, joka saa aikaan ajallisen kiteen värähtelyt sisäisissä olosuhteissa, jotka eivät ole tasapainossa. Tämä löytö kiinnostaa kvanttilaskentaa .