När du kyler ner flytande vatten, det kristalliseras till is. Tänk på en hink fylld med vatten, till exempel. När vattnet är flytande, vattenmolekylerna kan vara var som helst inne i hinken. I det här sammanhanget, varje punkt inuti hinken är likvärdig. När vattnet fryser, dock, vattenmolekylerna intar väldefinierade positioner i rymden. Således, inte varje punkt inuti hinken är likvärdig längre. Fysiker hänvisar till detta fenomen som spontant symmetribrott. Här bryts translationssymmetrin i rymden av kristallens bildning.

Är det möjligt för kristaller att bildas i tiden istället för rummet? Även om det verkar vara en besynnerlig föreställning, det visar sig att en tidskristall kan dyka upp när ett fysiskt system av många interagerande partiklar drivs med jämna mellanrum. Det avgörande kännetecknet för en tidskristall är att en makroskopisk observerbar, såsom den elektriska strömmen i ett fast ämne, oscillerar med en frekvens som är mindre än drivfrekvensen.

Än så länge, tidskristaller har realiserats i artificiella modellsystem. Men nu, hur är det med riktiga system? En bit av en högtemperatursupraledare är ett så verkligt system - du kan köpa det online. Det är inte mycket att titta på, med sin brunaktiga, rostig färg. Ändå utgör dess friktionsfria elektronflöde vid temperaturer upp till 100 K (-173 °C) ett av materialvetenskapens mest spektakulära fenomen.

"Vi föreslår att förvandla en högtemperatursupraledare till en tidskristall genom att lysa en laser på den, " förklarar försteförfattaren Guido Homann från Institutionen för fysik vid Universität Hamburg. Laserns frekvens måste ställas in på summaresonansen av två fundamentala excitationer av materialet. En av dessa excitationer är det svårfångade Higgs-läget, som är begreppsmässigt relaterad till Higgs-bosonen i partikelfysik. Den andra excitationen är plasmaläget, motsvarande en oscillerande rörelse av elektronpar, som är ansvariga för supraledning.

Medförfattare Dr. Jayson Cosme från Universität Hamburg, nu University of the Philippines, tillägger att "skapandet av en tidskristall i en högtemperatursupraledare är ett viktigt steg eftersom det etablerar denna genuina dynamiska fas av materia inom fast tillståndets fysik." Att kontrollera fasta ämnen med ljus är inte bara fascinerande ur ett vetenskapligt perspektiv utan också tekniskt relevant, som framhölls av gruppledaren Prof. Dr. Ludwig Mathey. "Det slutliga målet med vår forskning är att designa kvantmaterial på begäran." Med sitt nya förslag, denna fascinerande strävan går nu framåt mot dynamiska tillstånd av materia, snarare än materiens vanliga statiska tillstånd, genom att lägga ut en strategi för att designa tidskristaller istället för vanliga kristaller, vilket öppnar en ny och överraskande riktning för materialdesign.