物性物理学：双極子結合した不規則な多体系における離散的時間結晶秩序の観測

平衡から外れた量子ダイナミクスを理解することは、現代物理科学における大きな挑戦の1つである。平衡から外れた系は、自己組織化した同調や動的相転移などの多様な現象を示す可能性がある。つい最近になって、孤立多体系の操作の制御が進歩したことで、強い相互作用を持つ量子物質における非平衡相を詳細に研究できるようになった。例えば、周期的駆動と不規則性と強い相互作用の相互影響によって、エキゾチックな「時間結晶」相が生成されると予測されている。この時間結晶相では、系が駆動の基本的周期の整数倍で時間的相関を示し、基礎となる駆動の離散的時間並進対称性が破れる。今回我々は、室温でダイヤモンド中の双極子相互作用で結合した約100万個のスピン不純物からなる不規則性を持つ集団を駆動し、そうした離散的時間結晶秩序を実験的に観測したことを報告する。我々は、駆動の基本的周期の整数倍の周期の時間的相関が長く続くことを観測し、相境界を実験的に特定し、強い相互作用によって時間的秩序が保たれることを見いだした。この秩序は、熱平衡への緩やかな復帰の存在下でも、擾乱に対して非常に安定である。今回の研究は、動的物質相の探索や、相互作用する不規則な多体系の制御への道を開くものである。

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