時間が凍りついたかのように、長時間安定してリズムを刻む不思議な“時間結晶”。

ドイツのドルトムント工科大学(TU Dortmund)で行われた研究によって、この頑丈そうな時の結晶が、ある「階段」によってカオスと隣り合わせになる現象が見つかりました。

半導体スピンの中で生まれる繊細な振動――そこにごくわずかな外部刺激を与えると、“悪魔の階段”と呼ばれる階段状の同期パターンがはっきりと立ち現れ、端の部分で複数のモードが干渉し合い、カオスへと移行していく様子が捉えられました。

いったい、時間の結晶はどうやってこの“悪魔の階段”と共存し、新たな秩序を見いだすのでしょうか?

研究内容の詳細は『Nature Communications』にて発表されました。

目次

  • 時間も結晶と悪魔の階段
  • 悪魔の階段:秩序とカオスのはざまで
  • “わざとカオス”を操る時代――時間結晶が示す新世界

時間も結晶と悪魔の階段

“悪魔の階段”に挑む時間結晶――カオスへ滑り落ちる最前線
“悪魔の階段”に挑む時間結晶――カオスへ滑り落ちる最前線 / 図5は、外から一定のリズム(刺激)を加えたときに、システムがどのように自分の振動リズムを変えるかを色で示したグラフです。 横軸には、システム本来の振動の速さと、外部から与えられる刺激の速さとの比率がプロットされています。 この比率が例えば「1/2」や「2/3」になると、システムは外部リズムにぴったり合わせて動き始め、その状態がグラフ上では水平な段差(プラトー)のように現れます。 まるで階段を一段ずつ上るように、こうした同期状態が連続して見えるため、この現象は「悪魔の階段」と呼ばれています。 さらに、この階段パターンは拡大してみても同じような形が繰り返され、無限に続くかのような自己相似の構造、すなわち「フラクタル構造」を持っています。/Credit:Alex Greilich et al . Nature Communications (2025)

時間という目に見えない軸にも、塩や金属の結晶のように規則正しいリズムが生まれる――そんな奇想天外な発想を提唱したのが、ノーベル賞受賞者でもあるフランク・ウィルチェックでした。