Una delle cose più inaspettate che si possono fare con gli atomi a carica neutra è usarli per emulare il comportamento fondamentale degli elettroni. Negli ultimi anni, il gruppo di Tilman Esslinger presso l'Istituto di Elettronica Quantistica nel Dipartimento di Fisica dell'ETH di Zurigo ha aperto la strada a una piattaforma in cui gli atomi raffreddati a temperature prossime allo zero assoluto vengono trasportati attraverso strutture mono e bidimensionali, guidato da una differenza di potenziale. In questo modo, la definizione dei fenomeni che si verificano nei sistemi elettronici mesoscopici può essere studiata in modo molto dettagliato, compresa la conduttanza quantizzata. In un paio di articoli pubblicati oggi in Lettere di revisione fisica e Revisione fisica A , postdoc Laura Corman, ex dottorato di ricerca lo studente Martin Lebrat e i colleghi del gruppo Esslinger riferiscono di aver padroneggiato nei loro esperimenti di trasporto il controllo dello spin quantistico.

Il team ha aggiunto un raggio di luce strettamente focalizzato al canale di trasporto che induce interazioni locali equivalenti all'esposizione degli atomi a un forte campo magnetico. Come conseguenza, la degenerazione degli stati di spin è sollevata, che a sua volta serve come base per un efficiente filtro di spin:gli atomi di un orientamento di spin vengono respinti, mentre quelli di altro orientamento sono liberi di passare (vedi figura). È importante sottolineare che anche se l'applicazione di un campo luminoso aggiuntivo porta alla perdita di atomi, questi processi dissipativi non distruggono la quantizzazione della conduttanza. I ricercatori dell'ETH replicano questa scoperta sperimentale nella simulazione numerica e ne confermano la validità attraverso un'estensione del modello Landauer-Büttiker, il formalismo chiave per il trasporto quantistico.

L'efficienza del filtro di spin atomico dimostrata dal gruppo di Esslinger corrisponde a quella dei migliori elementi equivalenti per i sistemi elettronici. Questo, insieme alla straordinaria pulizia e controllabilità della piattaforma dell'atomo freddo, apre nuove entusiasmanti prospettive per esplorare le dinamiche del trasporto quantistico. In particolare, come l'interazione tra gli atomi può essere sintonizzata, la piattaforma fornisce l'accesso al trasporto di spin di sistemi quantistici fortemente correlati. Questo regime è difficile da studiare altrimenti, ma è di notevole interesse fondamentale e pratico, non ultimo per applicazioni in dispositivi spintronici e per esplorare fasi fondamentali della materia.