Un estudio FLEET de gases atómicos ultrafríos, una milmillonésima parte de la temperatura del espacio exterior, ha revelado nuevos efectos cuánticos fundamentales. Los investigadores de la Universidad Tecnológica de Swinburne estudiaron las oscilaciones colectivas en gases atómicos ultrafríos, identificar dónde ocurren los efectos cuánticos para romper las simetrías predichas por la física clásica. También observaron la transición entre el comportamiento bidimensional (2-D) y el comportamiento tridimensional (3-D).

"Los descubrimientos fundamentales hechos a partir de tales observaciones informarán la búsqueda de FLEET de conducción electrónica sin desperdicio de energía, ", explicó el profesor Chris Vale, autor del estudio.

Los materiales bidimensionales exhiben muchas propiedades físicas novedosas y se estudian detenidamente por sus posibles usos, por ejemplo, en electrónica de energía ultrabaja. Sin embargo, Las fuertes correlaciones y las imperfecciones dentro de los materiales 2-D hacen que sean difíciles de entender teóricamente. Los gases cuánticos de átomos neutros ultrafríos ayudarán a desbloquear la física fundamental de los materiales 2-D, así como descubrir nuevos fenómenos que no son fácilmente accesibles en otros sistemas.

Los experimentos realizados en gases cuánticos de átomos neutros ultrafríos mejoran la comprensión de las transiciones de fase y los efectos de las interacciones entre partículas. Esta habilidad mejorada, La comprensión y el control de las transiciones de fase tendrán una aplicación directa en el desarrollo de FLEET de futuros sistemas de bajo consumo de energía. Electrónica de base topológica.

Las simetrías son un ingrediente esencial en la formulación de muchas teorías físicas, permitiendo descripciones simplificadas al identificar qué factores no modifican las propiedades físicas subyacentes de un sistema. Por ejemplo, en un sistema invariante de escala, cambiar las distancias entre las partículas no altera el comportamiento de un material, sino que simplemente lo escala por un factor apropiado. Los gases de átomos ultrafríos confinados a un plano bidimensional permitieron a los investigadores explorar regímenes en los que esa simetría de escala puede romperse por efectos cuánticos.

Los investigadores estudiaron un gas Fermi bidimensional de átomos de litio-6 que interactúa fuertemente, medir la frecuencia de una oscilación radial conocida como modo de respiración, cuya frecuencia está determinada por la compresibilidad del gas, y es una ventana a la ecuación de estado termodinámica. El estudio confirmó que la simetría de escala se rompe en presencia de interacciones fuertes entre partículas, afectando la relación termodinámica entre la presión y la densidad. Esto se llama anomalía cuántica, que ocurre cuando una simetría que está presente en una teoría clásica se rompe en la teoría cuántica correspondiente.

Las mediciones de la frecuencia del modo de respiración también permitieron a los investigadores mapear la evolución de la ecuación termodinámica de estado entre los límites 2-D y 3-D. mostrando que el comportamiento 2-D estricto se encuentra solo en una región muy limitada del espacio de parámetros. El estudio, "Anomalía cuántica y cruce 2-D-3-D en gases Fermi que interactúan fuertemente, "se publicó hoy en Cartas de revisión física .

Dentro de FLEET, Chris Vale estudia fenómenos topológicos en gases bidimensionales de átomos fermiónicos ultrafríos, investigando las implementaciones de átomos fríos de la superfluidez topológica de Floquet, mejoras en el no equilibrio de la temperatura crítica superconductora y nuevas formas de materia topológica basadas en el acoplamiento espín-órbita ópticamente inducido en gases atómicos 2-D, en el Tema de investigación 3. El tema de investigación 3 de FLEET estudia los sistemas que son temporalmente expulsados ​​del equilibrio térmico para investigar la física cualitativamente diferente mostrada y las nuevas capacidades para controlar dinámicamente su comportamiento.

Vale dirige el estudio de gases cuánticos en la Universidad Tecnológica de Swinburne. En estas colecciones de átomos enfriados a solo 100 nanoKelvins por encima del cero absoluto, los comportamientos que generalmente solo se encuentran a nivel microscópico se vuelven prominentes a nivel macroscópico. El estudio del equipo de los gases de Fermi confinados a 2-D prueba nuevos paradigmas para el transporte sin disipación en materia cuántica topológica y sin equilibrio sintetizada a partir de átomos ultrafríos.