Investigadores de Dartmouth han construido el primer circuito superfluido del mundo que utiliza pares de átomos similares a electrones ultrafríos. Crédito:Robert Gill/Colegio de Dartmouth
Investigadores del Dartmouth College han construido el primer circuito superfluido del mundo que utiliza pares de átomos similares a electrones ultrafríos, según un estudio publicado en Physical Review Letters. .
El banco de pruebas de laboratorio brinda a los físicos el control sobre la fuerza de las interacciones entre los átomos, proporcionando una nueva forma de explorar los fenómenos detrás de materiales exóticos como los superconductores.
"Gran parte de la tecnología moderna gira en torno al control del flujo de electrones alrededor de los circuitos", dijo Kevin Wright, profesor asistente de física en Dartmouth e investigador principal del estudio. "Al usar átomos similares a los electrones, podemos probar teorías de formas que antes no eran posibles".
Si bien los materiales conductores como el cobre se conocen bien, los investigadores no entienden completamente cómo se mueven o se pueden controlar los electrones en materiales exóticos como aislantes topológicos y superconductores que pueden ser útiles para construir computadoras cuánticas.
El nuevo circuito actúa como un emulador cuántico para explorar cómo funcionan los electrones en materiales reales, ofreciendo una forma de analizar el movimiento de los electrones en un entorno altamente controlable.
"Los electrones pueden hacer cosas que son mucho más extrañas y ricas de lo que nadie imagina", dijo Wright. "Estamos aprendiendo sobre los electrones sin usar electrones".
Investigadores de Dartmouth han construido el primer circuito superfluido del mundo que utiliza pares de átomos similares a electrones ultrafríos. Crédito:Robert Gill/Colegio de Dartmouth
Las partículas atómicas son bosones o fermiones. Los bosones, como los fotones, tienden a agruparse. Los fermiones, como los electrones, tienden a evitarse entre sí. Si bien ya existen circuitos superfluidos que utilizan átomos similares a bosones ultrafríos, el circuito de Dartmouth es el primero en utilizar átomos ultrafríos que actúan como fermiones.
El circuito funciona con el isótopo litio-6. Aunque el litio-6 es un átomo completo, tiene propiedades que lo hacen actuar como un electrón individual. El comportamiento del átomo completo sirve como analogía para los electrones individuales.
"Si pudiéramos escalar las propiedades de los átomos de litio-6 a electrones, fluirían sin resistencia incluso por encima de la temperatura ambiente", dijo Yanping Cai, el primer autor del artículo que escribió el artículo como doctorado en Dartmouth. candidato. "Estudiar estos circuitos simples podría proporcionar información sobre la superconductividad a alta temperatura".
La luz láser se utiliza en el circuito microscópico para enfriar nubes de átomos de litio a temperaturas cercanas al cero absoluto. Una vez que los átomos se ralentizan, los investigadores pueden mantenerlos en su lugar, moverlos o controlarlos de otra manera de manera que imiten la forma en que los electrones individuales fluyen alrededor de los circuitos superconductores.
Al ajustar los campos magnéticos, el equipo puede cambiar la forma en que interactúan los átomos, haciendo que los fermiones se atraigan o se repelan entre sí con fuerza variable, una característica que no es posible con electrones individuales u otros sistemas superfluidos como el helio líquido.
Según los investigadores, los láseres se han utilizado en técnicas similares en otros experimentos, pero este es el primer circuito atómico que se puede sintonizar de esta manera. Los láseres también proporcionan la estructura del circuito y detectan cómo actúan los átomos.
Mediante el control de anillos de fermiones ultrafríos, un equipo de investigación de Dartmouth ha creado el primer circuito superfluido sintonizable del mundo utilizando un átomo similar a un electrón. Crédito:Kevin Wright.
"Hemos cruzado el umbral para construir circuitos de prueba con gases cuánticos fermiónicos", dijo Wright. "Nunca antes se había logrado diseñar y controlar el flujo de átomos alrededor de un circuito con fermiones ultrafríos de la misma manera que se hace en un dispositivo electrónico".
El enfoque permitirá a los investigadores estudiar la formación y el decaimiento de "corrientes persistentes" que fluyen indefinidamente sin aporte de energía.
La capacidad de emular circuitos superconductores podría abrir grandes posibilidades experimentales para probar teorías y analizar materiales con propiedades únicas. La investigación podría crear oportunidades para el desarrollo de nuevos tipos de dispositivos que utilicen superconductores y otros materiales cuánticos exóticos.
Los coautores del trabajo de investigación incluyen a Dartmouth Ph.D. candidatos Daniel Allman y Parth Sabharwal. Los físicos encuentran evidencia de un estado exótico de la materia
