Lab construye un circuito superfluido utilizando fermiones para estudiar el comportamiento de los electrones

Investigadores de Dartmouth han construido el primer circuito hiperfluídico del mundo utilizando pares de átomos similares a electrones ultrafríos. Crédito: Robert Gill/Colegio de Dartmouth

Investigadores del Dartmouth College han construido el primer circuito hiperfluídico del mundo utilizando pares de átomos similares a electrones ultrafríos, según un estudio publicado en Cartas de revisión física.


Un banco de pruebas de laboratorio permite a los físicos controlar la fuerza de las interacciones entre los átomos, proporcionando una nueva forma de investigar fenómenos subyacentes a materiales exóticos como superconductores.

«Muchas de las tecnologías más nuevas tratan de controlar el flujo de electrones alrededor de los circuitos», dijo Kevin Wright, profesor asistente de física en Dartmouth y autor 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 son bien conocidos, los investigadores no entienden completamente cómo se mueven o pueden controlarse los electrones en materiales exóticos como Aisladores topológicos y superconductores que podrían ser útiles para construir computadoras cuánticas.

El nuevo circuito actúa como un simulador cuántico para explorar cómo funcionan los electrones en materiales reales, proporcionando una forma de analizar el movimiento de los electrones en un entorno altamente controlado.

“Los electrones pueden hacer cosas que son mucho más exóticas y ricas de lo que cualquiera podría imaginar”, dijo Wright. «Aprendemos sobre los electrones sin usar electrones».

Lab construye un circuito superfluido utilizando fermiones para estudiar el comportamiento de los electrones

Investigadores de Dartmouth han construido el primer circuito hiperfluídico del mundo utilizando 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. Mientras que los circuitos de fluidos ultrarrefrigerados utilizan bosónAl igual que los átomos que ya existen, el circuito de Dartmouth es el primero en utilizar partículas frías que actúan como fermiones.

El circuito opera con el isótopo litio 6. Aunque el litio 6 es un átomo completo, tiene propiedades que hacen que se comporte como un solo electrón. El comportamiento del átomo completo actúa como un análogo de los electrones individuales.

“Si pudiéramos extender las propiedades de los átomos de litio-6 a los electrones, fluirían sin resistencia incluso por encima de Temperatura ambiente«Estudiar estos circuitos simples puede proporcionar información sobre la superconductividad de alta temperatura», dijo Yanping Kai, el primer autor del artículo que escribió la investigación como candidato a doctorado en Dartmouth.

La luz láser se utiliza en un 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 manera que imiten cómo fluyen los electrones individuales 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. El láser también proporciona la estructura del circuito y detecta cómo funcionan los átomos.

Lab construye un circuito superfluido utilizando fermiones para estudiar el comportamiento de los electrones

Mediante el control de bucles de fermiones extremadamente fríos, 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 de fermiones”, dijo Wright. «Diseñar y controlar el flujo de un átomo alrededor de un circuito con fermiones ultrafríos de la misma manera que nunca antes se había hecho en un dispositivo electrónico».

Este enfoque permitirá a los investigadores estudiar la formación y el decaimiento de «corrientes constantes» que fluyen indefinidamente sin aporte de energía.

La capacidad de simular circuitos superconductores podría abrir grandes posibilidades experimentales para probar teorías y analizar materiales con propiedades únicas. La investigación podría crear oportunidades para desarrollar nuevos tipos de dispositivos que utilicen superconductores y otros materiales cuánticos exóticos.

Los coautores del trabajo de investigación son Dartmouth Ph.D. Candidatos Daniel Allman y Parth Sabharwal.


Los físicos encuentran evidencia de un extraño estado de la materia


más información:
Yanping Kai et al., Corrientes continuas en anillos de átomos de fermiones ultrafríos, Cartas de revisión física (2022). DOI: 10.1103/PhysRevLett.128.150401

Introducción de
Universidad de Dartmouth

La frase: Lab Creates Superfluid Circuit Using Fermions to Study Electron Behavior (19 de abril de 2022) Obtenido el 19 de abril de 2022 de https://phys.org/news/2022-04-lab-superfluid-circuit-fermions-electron.html

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