Esta sorprendente resiliencia en un fondo electrónico vítreo es posible gracias al entrelazamiento cuántico, una forma de unión cuántica que une íntimamente un agujero y un espín en una cuasipartícula efectiva y hace que sea más difícil para la partícula dispersar una impureza. El estudio se publica en Physical Review Letters .

La robustez de las cuasipartículas

Imaginemos a una pareja caminando de la mano por el mercado en un día ajetreado:si quisiera pasar de un lado a otro, la multitud debía hacerse a un lado, dispersando localmente a la gente de su entorno y ralentizando su propio movimiento. . Cuando se observa desde arriba, la pareja y su entorno aparentemente se mueven como una unidad. Esta unidad es lo que los físicos de la materia condensada llaman cuasipartícula, es decir, partículas efectivas que determinan el espectro de excitación de baja energía de un sólido.

En un metal, las cuasipartículas suelen consistir en un electrón rodeado por una nube de polarización de otros electrones, con el electrón y la nube de polarización moviéndose coherentemente. En un sistema real, estas cuasipartículas dispersan las impurezas y el desorden. Volviendo a nuestro mercado ficticio, esto significa que nuestros dos tortolitos no pueden simplemente atravesar un obstáculo, como un poste de luz, que se interponga en su camino. En cambio, tendrían que caminar alrededor de él, ralentizando una vez más el movimiento de la pareja. En un metal real, esto hace que los electrones se dispersen de las impurezas, impidiendo el movimiento de los electrones y creando resistencia eléctrica.

Bailando a través de posibles obstáculos

En el estudio publicado, el equipo que incluye investigadores de JMU informa que las cuasipartículas en los materiales de cuprato aparentemente no cumplen con esta regla de dispersión. Estos materiales tienen una estructura compleja de capas de óxido de cobre y son generalmente conocidos por su superconductividad a altas temperaturas que bate récords cuando están dopados. Sus cuasipartículas son singletes de Zhang-Rice (ZRS), partículas compuestas entrelazadas donde un agujero de oxígeno se une a un espín vacante de cobre, moviéndose a través del cristal como una pareja de baile.

Los científicos de Würzburg probaron estas cuasipartículas en un ambiente de cuprato extremadamente desordenado, en el que hasta el 40% de los átomos de cobre fueron reemplazados por litio. El desorden es tan inmenso (nuestro "mercado" está tan lleno de obstáculos) que paraliza por completo los electrones normales.

Los físicos llaman a este sistema sistema de vidrio no ergonómico, ya que las partículas ahora se propagan mucho más lentamente en comparación con las escalas de tiempo experimentales típicas. En otras palabras, los visitantes de nuestro mercado ya no tendrán que ir y venir y ya nada se moverá.

Sin embargo, la seductora danza de agujeros y giros de los singletes Zhang-Rice dentro de esta unión cuántica, a pesar de todas las probabilidades, no se ve afectada en absoluto por las impurezas que se interponen en su camino. Su entrelazamiento cuántico les impide dispersarse y simplemente se mueven a través del sistema, como si "el mercado" no tuviera obstáculos.

Importancia del descubrimiento

El estudio ha revelado la primera aparición de singletes de Zhang Rice en un vidrio electrónico a base de cuprato y ha demostrado la invulnerabilidad emergente de las cuasipartículas ZRS debido al entrelazamiento cuántico. Estos hallazgos podrían tener implicaciones de gran alcance no sólo para nuestra comprensión de los superconductores de cuprato, sino también para futuras tecnologías basadas en la coherencia cuántica.

En particular, la capacidad de estabilizar estados cuánticos con respecto a perturbaciones externas mediante entrelazamiento cuántico podría desempeñar un papel fundamental en la realización de la computación cuántica.