Una ilustración esquemática de un circuito a nanoescala. Un punto cuántico (la parte amarilla) está conectado a dos electrodos de plomo (las partes azules). Los electrones que forman un túnel en el punto cuántico desde los electrodos interactúan entre sí para formar un estado cuántico altamente correlacionado. llamado "líquido Fermi". Tanto la corriente eléctrica no lineal que pasa a través del punto cuántico como sus fluctuaciones que aparecen como un ruido transportan señales importantes, que puede revelar la física subyacente del líquido cuántico. Se aclara que las correlaciones de tres cuerpos de los electrones evolucionan significativamente y juegan papeles esenciales en el estado cuántico bajo los campos externos que rompen la simetría del agujero de la partícula o la inversión del tiempo. Crédito:Rui Sakano
Los científicos de la Universidad de la Ciudad de Osaka han desarrollado fórmulas matemáticas para describir la corriente y las fluctuaciones de electrones fuertemente correlacionados en puntos cuánticos. Sus predicciones teóricas pronto podrían probarse experimentalmente.
Los físicos teóricos Yoshimichi Teratani y Akira Oguri de la Universidad de la ciudad de Osaka, y Rui Sakano de la Universidad de Tokio han desarrollado fórmulas matemáticas que describen un fenómeno físico que ocurre dentro de puntos cuánticos y otros materiales nanométricos. Las fórmulas publicado en la revista Cartas de revisión física , podría aplicarse a futuras investigaciones teóricas sobre la física de los puntos cuánticos, gases atómicos ultrafríos, y quarks.
Lo que está en juego es el efecto Kondo. Este efecto fue descrito por primera vez en 1964 por el físico teórico japonés Jun Kondo en algunos materiales magnéticos, pero ahora parece suceder en muchos otros sistemas, incluyendo puntos cuánticos y otros materiales a nanoescala.
Normalmente, La resistencia eléctrica cae en los metales a medida que desciende la temperatura. Pero en metales que contienen impurezas magnéticas, esto solo ocurre hasta una temperatura crítica, más allá del cual la resistencia aumenta con la caída de las temperaturas.
Los científicos finalmente pudieron demostrar que, a temperaturas muy bajas cercanas al cero absoluto, los espines de electrones se enredan con las impurezas magnéticas, formando una nube que oculta su magnetismo. La forma de la nube cambia con más caídas de temperatura, lo que lleva a un aumento de la resistencia. Este mismo efecto ocurre cuando otras "perturbaciones externas, "como un voltaje o un campo magnético, se aplican al metal.
Teratani, Sakano y Oguri querían desarrollar fórmulas matemáticas para describir la evolución de esta nube en puntos cuánticos y otros materiales a nanoescala, que no es una tarea fácil.
Para describir un sistema cuántico tan complejo, Comenzaron con un sistema en cero absoluto donde un modelo teórico bien establecido, a saber, la teoría líquida de Fermi, para la interacción de electrones es aplicable. Luego agregaron una 'corrección' que describe otro aspecto del sistema contra perturbaciones externas. Usando esta técnica, escribieron fórmulas que describen la corriente eléctrica y su fluctuación a través de puntos cuánticos.
Sus fórmulas indican que los electrones interactúan dentro de estos sistemas de dos formas diferentes que contribuyen al efecto Kondo. Primero, dos electrones chocan entre sí,
formando cuasipartículas bien definidas que se propagan dentro de la nube de Kondo. Más significativamente, ocurre una interacción llamada contribución de tres cuerpos. Esto es cuando dos electrones se combinan en presencia de un tercer electrón, provocando un cambio de energía de las cuasipartículas.
"Las predicciones de las fórmulas pronto podrían investigarse experimentalmente, "Dice Oguri." Los estudios a lo largo de las líneas de esta investigación apenas han comenzado, " él añade.
Las fórmulas también podrían extenderse para comprender otros fenómenos cuánticos, como el movimiento de partículas cuánticas a través de puntos cuánticos conectados a superconductores. Los puntos cuánticos podrían ser la clave para realizar tecnologías de información cuántica, como las computadoras cuánticas y la comunicación cuántica.
