En un potencial periódico unidimensional, representado por los dientes y muescas de una barra de Toblerone, no hay flujo libre de electrones si exactamente dos de ellos (representados aquí como pares de ositos de goma) ocupan cada muesca, debido al principio de exclusión de Pauli. Asombrosamente, se puede observar un comportamiento aislante similar con átomos fermiónicos ultrafríos que se atraen fuertemente entre sí, formando así un líquido llamado Luther-Emery. Crédito:Grupo Esslinger / ETH Zurich
El comportamiento de los electrones en un material suele ser difícil de predecir. La nueva información proviene ahora de experimentos y simulaciones realizados por un equipo dirigido por físicos de ETH que han estudiado las propiedades de transporte electrónico en un cable cuántico unidimensional que contiene una red mesoscópica.
Si un material es, por ejemplo, un metal o un aislante depende de una variedad de detalles microscópicos, incluyendo la fuerza de las interacciones entre electrones, la presencia de impurezas y el número de dimensiones a través de las cuales pueden propagarse los portadores de carga. Esta complejidad hace que la predicción de propiedades electrónicas en sistemas de estado sólido sea un gran desafío. Comprender el comportamiento de los electrones en un material se vuelve aún más difícil cuando se mueven a través de un potencial periódico, por ejemplo en un cristal. Entonces, fenómenos como la superfluidez, que está asociado con una gran conductancia, puede competir con los efectos de interferencia que convierten el material en un aislante.
Martín Lebrat, junto con colegas del grupo de Tilman Esslinger en el Instituto de Electrónica Cuántica de ETH Zurich y colaboradores de la Universidad de Ginebra y la École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) ahora han abordado el problema realizando experimentos en un material artificial perfectamente limpio que pueden controlar con gran precisión y flexibilidad. Como informan en un artículo publicado en Revisión física X , utilizaron luz láser para crear pequeñas estructuras de celosía unidimensionales conectadas a dos depósitos de átomos de litio 6 ultrafríos. En esta configuración, pueden medir la conductancia del cable mientras tienen un control exquisito sobre todos los parámetros relevantes, incluyendo la longitud y altura de la red y las interacciones entre las partículas que se transportan a través de ella.
En sus experimentos, observaron el surgimiento de una fase de aislamiento de bandas con interacciones débiles. Cuando ajustaron las interacciones de débilmente atractivas a fuertemente atractivas, descubrieron que este estado aislante persiste, insinuando la presencia de un llamado líquido de Luther-Emery, una fase original que fue predicha en 1974 y que es distintiva del carácter unidimensional de la estructura.
Los átomos se forman en un alambre usando luz láser. Su flujo puede verse influenciado proyectando un número variable de obstáculos de luz enfocados en el cable con un objetivo de microscopio. Crédito:Grupo Esslinger / ETH Zurich
El trabajo experimental está respaldado por simulaciones, y, en conjunto, estos resultados demuestran el control simultáneo de interacciones e interferencias cuánticas en dispositivos de átomos fríos. Esto debería ser interesante no solo con vistas a explorar el comportamiento de los electrones que se mueven a través de los materiales; la flexibilidad proporcionada por el enfoque de Lebrat y sus colaboradores también significa que pueden diseñar estructuras complejas con funcionalidades novedosas que no están disponibles en los sistemas electrónicos.
