Si ve gente caminando por una calle y llegando a un cruce, es difícil predecir qué dirección tomarán. Pero, si ve gente sentada en botes separados, flotando por un arroyo, y el arroyo se divide en dos canales, es probable que la mayoría, si no todos, de ellos serán llevados por un canal, el canal que tiene el flujo más fuerte.

Los científicos de la Unidad de Dinámica Cuántica de la Universidad de Graduados del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa (OIST) están buscando algo similar, pero su investigación es a una escala mucho menor. Están realizando experimentos para ver cómo el movimiento de los electrones se ve afectado por el fluido. Este estudio fue publicado en Cartas de revisión física .

Profesor Denis Konstantinov, quien dirige la Unidad, demostró el concepto con un trozo de alambre. "Si pasamos una corriente eléctrica a través de un cable, entonces sabemos que los electrones se moverán de un extremo al otro. Si dividimos el cable en dos, la mitad de los electrones fluirán por un lado, y la otra mitad fluirá por la otra ".

Esto se debe a la ley de Ohm, una ley de la física, que establece que la corriente eléctrica es proporcional al voltaje e inversamente proporcional a la resistencia, así que si la resistencia se distribuye por igual entre dos canales, la mitad de los electrones bajarán por cada canal.

"Pero, "El profesor Konstantinov explicó." Si los electrones están asentados en un líquido, en lugar de en un sólido, podrían infringir la ley de Ohm. Eso es lo que queríamos medir ".

Esta teoría proviene del concepto de polarón, que es un electrón que está "revestido" por una nube del medio en el que se encuentra. Esto lo hace más pesado, más lento y cambia su comportamiento. Anteriormente, los polarones se han discutido en términos de cristales iónicos en sólidos, pero mucho más raramente en líquidos.

Los investigadores utilizaron helio superfluido, que tiene varias propiedades únicas. Por ejemplo, permanece en forma líquida a temperaturas hasta el cero absoluto, cuando cualquier otro líquido se congelara, y se comporta como un fluido con viscosidad cero, o sin resistencia. Los electrones solo podrían sentarse en la parte superior, en lugar de hundirse. Por lo tanto, proporcionó a los investigadores un sistema de electrones 2-D.

Crearon una estructura diminuta en la escala de micrómetros, de tres depósitos conectados por una unión en T, y sumergió ligeramente esta estructura en helio superfluido.

A medida que los electrones se movían y perturbaban el líquido, crearon ondas capilares, u ondulaciones. A altas densidades de electrones, los electrones quedaron atrapados en el hoyuelo poco profundo de las ondas. Estos son ligeramente diferentes de los polarones tradicionales, por eso los investigadores los llamaron ripplopolarons, inspirado por sus similitudes con las ondas en el agua.

"La ley de Ohm establece que los electrones deben dividirse en la unión T, "dijo el profesor Konstantinov, "Pero, debido a la conservación del impulso, el flujo de fluido debe seguir por el camino recto. Teorizamos que los ripplopolarons, los electrones atrapados, romperían la ley de Ohm y todos serían transportados en la misma dirección ".

Los investigadores aplicaron un campo eléctrico, que movió los ripplopolarons fuera del reservorio izquierdo. Mientras avanzaban por el canal, llegaron al cruce, y podría girar e ir al depósito lateral o continuar directamente hacia el depósito derecho.

Fue como predijeron los investigadores. Los ripplopolarons continuaron directamente desde el reservorio izquierdo al reservorio derecho, siguiendo la conservación del momento en lugar de la ley de Ohm.

Sin embargo, este comportamiento violador de la ley solo se produjo en determinadas situaciones. La densidad de electrones tenía que ser alta, o los ripplopolarons no se formarían, y la temperatura tenía que ser baja, o las olas simplemente estallarían. Cuando los investigadores realizaron el experimento en la dirección opuesta, encontraron el mismo movimiento unidireccional, pero cuando sacaron los electrones del depósito lateral, encontraron que los ripplopolarons chocarían contra la pared en la parte superior, las ondas desaparecerían y los electrones [ahora libres] volverían a seguir la ley de Ohm.

Aunque existen aplicaciones para comprender cómo operan los electrones, este experimento fue impulsado principalmente por la curiosidad. "Queríamos saber cómo los electrones se ven influenciados por el medio en el que se encuentran, "dijo el profesor Konstantinov, "Para nosotros, fue el descubrimiento lo que fue emocionante. Pero también es importante que comprendamos estas propiedades. Los electrones en los fluidos podrían ser útiles cuando se trata de construir qubits, las partes diminutas que componen las computadoras cuánticas. Si pudiéramos usar electrones en fluidos para qubits, podríamos crear un flexible, Arquitectura móvil para las computadoras ".