Una de las cosas más inesperadas que se pueden hacer con los átomos de carga neutra es usarlos para emular el comportamiento fundamental de los electrones. En los ultimos años, el grupo de Tilman Esslinger en el Instituto de Electrónica Cuántica en el Departamento de Física de ETH Zurich ha sido pionero en una plataforma en la que los átomos enfriados a temperaturas cercanas al cero absoluto son transportados a través de estructuras unidimensionales y bidimensionales, impulsado por una diferencia de potencial. De este modo, La definición de los fenómenos que ocurren en los sistemas electrónicos mesoscópicos se puede estudiar con gran detalle, incluida la conductancia cuantificada. En un par de artículos publicados hoy en Cartas de revisión física y Revisión física A , postdoctorado Laura Corman, ex Ph.D. El estudiante Martin Lebrat y sus colegas del grupo Esslinger informan que han dominado en sus experimentos de transporte el control sobre el espín cuántico.

El equipo agregó un haz de luz bien enfocado al canal de transporte que induce interacciones locales equivalentes a exponer los átomos a un fuerte campo magnético. Como consecuencia, se levanta la degeneración de los estados de giro, que a su vez sirve como base para un filtro de espín eficiente:los átomos de una orientación de espín son repelidos, mientras que los de otra orientación son libres de pasar (ver figura). En tono rimbombante, aunque la aplicación de un campo de luz adicional conduce a la pérdida de átomos, estos procesos disipativos no destruyen la cuantificación de la conductancia. Los investigadores de ETH replican este hallazgo experimental en simulación numérica y corroboran su validez a través de una extensión del modelo Landauer-Büttiker, el formalismo clave para el transporte cuántico.

La eficiencia del filtro de espín atómico demostrado por el grupo Esslinger coincide con la de los mejores elementos equivalentes para sistemas electrónicos. Esta, junto con la extraordinaria limpieza y controlabilidad de la plataforma de átomo frío, abre nuevas y emocionantes perspectivas para explorar la dinámica del transporte cuántico. En particular, como se puede ajustar la interacción entre los átomos, la plataforma proporciona acceso al transporte de espín de sistemas cuánticos fuertemente correlacionados. Este régimen es difícil de estudiar de otra manera, pero es de considerable interés fundamental y práctico, sobre todo para aplicaciones en dispositivos espintrónicos y para explorar fases fundamentales de la materia.