Adsorción y estructura dentro de los nanoporos. un Los círculos grises oscuros ilustran el comportamiento de adsorción de 4 He a 4,2 K en MCM-41 preenchapado con una monocapa de gas Ar a medida que aumenta la presión. Aquí P 0 es la presión de vapor de equilibrio a granel de 4 Él. Las estrellas de colores indican los empastes donde se completó 4 Las capas ocurren con las imágenes insertadas de llamada que muestran configuraciones cuánticas de Monte Carlo de una sección transversal de MCM-41 con una capa de Ar equilibrada (esferas de color gris claro) en P /P 0 = 0, y las capas en desarrollo de 4 Él (1 capa a 3 capas más el núcleo central) a medida que se aumenta la presión. Aquí, el Ar se representa como una capa cilíndrica para mayor claridad. El rombo violeta claro indica el relleno en el que se realizaron mediciones experimentales de dispersión inelástica de neutrones en Q en = 4.0 Å −1 correspondiente a poros completamente llenos. b Resultados cuánticos de Monte Carlo con barras de error estocásticas agrupadas para la densidad numérica radial de los átomos ρ radial (r ) dentro de los nanoporos en T = 1.6 K donde se realizaron los experimentos de dispersión. Los colores corresponden a las fracciones de relleno destacadas en a . A medida que aumenta la presión, el 4 Los átomos forman una serie de capas concéntricas, y la densidad de las capas externas también aumenta. Crédito:Comunicaciones de la naturaleza (2022). DOI:10.1038/s41467-022-30752-3
Los físicos de la Universidad de Indiana y la Universidad de Tennessee han descifrado el código para hacer microchips más pequeños, y la clave es el helio.
Los microchips están en todas partes, funcionan en computadoras y automóviles, e incluso ayudan a las personas a encontrar mascotas perdidas. A medida que los microchips se vuelven más pequeños, más rápidos y capaces de hacer más cosas, los cables que les conducen la electricidad deben hacer lo mismo. Pero hay un límite físico en lo pequeños que pueden llegar a ser, a menos que estén diseñados de manera diferente.
"En un sistema tradicional, a medida que se colocan más transistores, los cables se vuelven más pequeños", dijo Paul Sokol, profesor del Departamento de Física de la Facultad de Artes y Ciencias de IU Bloomington. "Pero bajo los sistemas de nuevo diseño, es como confinar los electrones en un tubo unidimensional, y ese comportamiento es bastante diferente al de un cable normal".
Para estudiar el comportamiento de las partículas en estas circunstancias, Sokol colaboró con un profesor de física de la Universidad de Tennessee, Adrian Del Maestro, para crear un sistema modelo de electrónica empaquetada en un tubo unidimensional.
Sus hallazgos fueron publicados recientemente en Nature Communications .
La pareja usó helio para crear un sistema modelo para su estudio porque sus interacciones con los electrones son bien conocidas y se puede hacer extremadamente puro, dijo Sokol. Sin embargo, hubo problemas con el uso de helio en un espacio unidimensional, el primero fue que nadie lo había hecho antes.
"Piense en ello como un auditorio", dijo Sokol. "La gente puede moverse de muchas maneras diferentes. Pero en un pasillo largo y angosto, nadie puede pasar a los demás, por lo que el comportamiento se vuelve diferente. Estamos explorando ese comportamiento en el que todos están confinados en una fila. La gran ventaja de usar un modelo de helio es que podemos pasar de tener muy pocas personas en la sala a tenerla abarrotada. Podemos explorar toda la gama de la física con este sistema, algo que ningún otro sistema nos permite hacer".
La creación de un sistema de modelo de helio unidimensional también planteó muchos otros desafíos para los investigadores. Si intentaban hacer un tubo lo suficientemente pequeño para contener el helio, por ejemplo, era demasiado difícil hacer mediciones.
También era imposible utilizar técnicas como la dispersión de neutrones, un poderoso método que implica el uso de un reactor o acelerador que genera un haz de neutrones para obtener información detallada sobre el comportamiento de las partículas en un sistema unidimensional.
Por otro lado, podían hacer tubos muy largos utilizando vidrios especializados que crecían alrededor de moléculas moldeadas, pero los agujeros no eran lo suficientemente grandes como para confinar el helio en una dimensión.
"Literalmente necesitas hacer una tubería que tenga solo unos pocos átomos de ancho", dijo Del Maestro. "Ningún líquido normal fluiría jamás a través de una tubería tan estrecha, ya que la fricción lo impediría".
Para resolver este desafío, el equipo diseñó un material mediante nanoingeniería tomando vidrios que tienen canales unidimensionales y recubriéndolos con argón para cubrir la superficie y hacer un canal más pequeño. Luego podrían hacer muestras que contendrían una gran cantidad de helio y respaldarían el uso de técnicas como la dispersión de neutrones para obtener información detallada sobre el sistema.
Con la realización experimental del helio unidimensional, Del Maestro y Sokol han abierto una nueva vía importante para esta investigación.
A continuación, el equipo planea usar este nuevo sistema modelo para estudiar el helio en densidades altas, comparables a los electrones en un cable delgado, y densidades bajas, comparables a las matrices unidimensionales de átomos que se usan en la ciencia de la información cuántica.
También planean desarrollar otros materiales de nanoingeniería, como poros recubiertos de cesio donde el helio no humedece la superficie de cesio. Esto reduciría aún más las interacciones del helio confinado con el mundo exterior y proporcionaría un sistema más ideal para desafiar nuevas teorías. Sorprendente comportamiento de la materia híbrida:átomos de antimateria en helio superfluido
