Al pinchar suavemente una nube arremolinada de átomos de litio superenfriados con un par de láseres, y observando la respuesta de los átomos, Los investigadores de Swinburne han desarrollado una nueva forma de probar las propiedades de los materiales cuánticos.

Materiales cuánticos:una familia que incluye superfluidos, superconductores, imanes exóticos, Los átomos ultrafríos y los "aislantes topológicos" recientemente descubiertos muestran a gran escala algunos de los notables efectos cuánticos que suelen asociarse con las partículas microscópicas y subatómicas.

Pero, mientras que la mecánica cuántica explica el comportamiento de las partículas microscópicas, aplicar la teoría cuántica a sistemas más grandes es mucho más desafiante.

"Si bien el potencial de los materiales cuánticos, como superconductores, es innegable, Necesitamos comprender completamente la física cuántica subyacente en juego en estos sistemas para establecer sus verdaderas capacidades, "dice Chris Vale, profesor asociado en el Centro de Ciencias Ópticas y Cuánticas, quien dirigió la investigación. "Esa es una gran parte de la motivación por lo que hacemos".

El profesor asociado Vale y sus colegas, incluidos Sascha Hoinka y Paul Dyke, también en Swinburne, desarrolló una nueva forma de explorar el comportamiento de esta familia de materiales. Detectaron cuando un 'gas Fermi' de átomos de litio, un material cuántico simple, entró en un estado cuántico "superfluido".

El nuevo sistema compara las teorías con los experimentos

Su sistema permite comparar con precisión las teorías de la superconductividad y los efectos cuánticos relacionados con los experimentos, para ver si las teorías son precisas y cómo podrían refinarse.

El avance de los investigadores se basó en el hecho de que las propiedades especiales de los materiales cuánticos surgen cuando sus partículas constituyentes entran en un estado sincronizado. El flujo de electrones de resistencia cero a través de superconductores, por ejemplo, surge cuando los electrones pueden unirse para formar 'pares de Cooper'.

La sofisticada configuración experimental del equipo permitió detectar este comportamiento cuántico coordinado. Al ajustar la interacción de sus láseres con el gas Fermi, El profesor asociado Vale y sus colegas pudieron por primera vez detectar el escurridizo, modo Goldstone de baja energía, una excitación que solo aparece en sistemas que han entrado en un estado cuántico sincronizado.

"Debido a que nuestro experimento proporciona un entorno bien controlado y la apariencia del modo Goldstone es muy clara, Nuestras mediciones proporcionan un punto de referencia con el que se pueden probar las teorías cuánticas antes de aplicarlas a sistemas más complejos como los superconductores. "Dice el profesor asociado Vale.

"Al desarrollar métodos para comprender grandes sistemas que se comportan mecánicamente cuántica, estamos construyendo la base de conocimientos que sustentará las futuras tecnologías con capacidad cuántica ".

La investigación del equipo se ha publicado en la revista online Física de la naturaleza .