Explorar las propiedades y los comportamientos de las partículas cuánticas que interactúan fuertemente es una de las fronteras de la física moderna. No solo existen grandes problemas abiertos que esperan soluciones, algunos de ellos desde hace décadas (piense en la superconductividad a alta temperatura). Igualmente importante, existen varios regímenes de física cuántica de muchos cuerpos que siguen siendo esencialmente inaccesibles con las herramientas analíticas y numéricas actuales. Para estos casos en particular, se buscan plataformas experimentales en las que las interacciones entre partículas puedan controlarse y sintonizarse, lo que permite la exploración sistemática de amplios rangos de parámetros. Una de esas plataformas experimentales son pilas cuidadosamente diseñadas de materiales bidimensionales (2D). En los últimos dos años, estos "materiales cuánticos de diseño" han permitido estudios únicos de estados electrónicos correlacionados. Sin embargo, la fuerza de la interacción entre los estados cuánticos generalmente se fija una vez que se fabrica una pila. Ahora, el grupo del profesor Ataç Imamoğlu del Instituto de Electrónica Cuántica informa una forma de evitar esta limitación. Escribir en Ciencia , presentan un método versátil que permite ajustar la fuerza de interacción en heteroestructuras 2D mediante la aplicación de campos eléctricos.

Fuerza en un giro

Los materiales bidimensionales han estado en el centro de atención de la investigación del estado sólido desde el primer aislamiento y caracterización exitosos del grafeno (capas únicas de átomos de carbono) en 2004. El campo se expandió a una velocidad impresionante desde entonces, pero recibió un impulso notable. hace tres años, cuando se demostró que dos capas de grafeno dispuestas en un ángulo pequeño entre sí pueden albergar una amplia gama de fenómenos intrigantes dominados por interacciones electrónicas.

Dichos sistemas de 'bicapa torcida', también conocidos como estructuras muaré, también se han creado posteriormente con otros materiales 2D, sobre todo con dicalcogenuros de metales de transición (TMD). El año pasado, el grupo Imamoğlu demostró que dos capas individuales del material TMD diseleniuro de molibdeno (MoSe₂ ), separados por una barrera de una sola capa hecha de nitruro de boro hexagonal (hBN), producen estructuras muaré en las que emergen estados cuánticos fuertemente correlacionados. Además de los estados puramente electrónicos, estos materiales también exhiben estados híbridos de luz y materia, lo que finalmente permite estudiar esta heteroestructura mediante espectroscopia óptica, algo que no es posible con el grafeno.

Pero a pesar de toda la fascinante física de muchos cuerpos que estos MoSe₂ /hBN/MoSe₂ Las estructuras brindan acceso, comparten un inconveniente con muchas otras plataformas de estado sólido:los parámetros clave están más o menos fijos en la fabricación. Para cambiar eso, el equipo, dirigido por los posdoctorados Ido Schwartz y Yuya Shimazaki, ahora adoptó una herramienta que se usa ampliamente en experimentos en una plataforma famosa por su capacidad de sintonización, gases cuánticos atómicos ultrafríos.

Las resonancias de Feshbach se vuelven eléctricas

Schwartz, Shimazaki y sus colegas demostraron que pueden inducir en su sistema la llamada resonancia de Feshbach. Estos permiten, en esencia, ajustar la fuerza de interacción entre entidades cuánticas al ponerlas en resonancia con un estado ligado. En el caso explorado por el equipo de ETH, estos estados límite se encuentran entre un excitón (creado usando las transiciones ópticas en su sistema) en una capa y un agujero en la otra capa. Resulta que cuando el excitón y el agujero se superponen espacialmente, este último puede hacer un túnel hacia la otra capa y formar una 'molécula' entre capas de excitón-agujero (ver la figura). De manera crucial, la fuerza de interacción entre capas relevante de las interacciones excitón-agujero se puede cambiar fácilmente usando campos eléctricos.

Esta capacidad de sintonización eléctrica de la energía de enlace de las 'moléculas de Feshbach' contrasta con los sistemas atómicos, donde las resonancias de Feshbach se controlan típicamente con campos magnéticos. Además, los experimentos de Schwartz, Shimazaki et al. producir las primeras resonancias de Feshbach que tienen lugar en sistemas verdaderamente 2D, lo cual es de interés en sí mismo. Más importante, sin embargo, podría ser que las resonancias de Feshbach sintonizables eléctricamente exploradas ahora en MoSe₂ /hBN/MoSe₂ las heteroestructuras deberían ser una característica genérica de los sistemas bicapa con tunelización coherente de electrones o huecos. Esto significa que la 'perilla de sintonización' recientemente introducida podría convertirse en una herramienta versátil para una amplia gama de plataformas de estado sólido basadas en materiales 2D, abriendo a su vez perspectivas intrigantes para la exploración experimental más amplia de los sistemas cuánticos de muchos cuerpos. + Explora más

Los investigadores observan triones muaré en bicapas de dicalcogenuro de metal de transición apiladas en H