I ricercatori di Dartmouth hanno costruito il primo circuito superfluido al mondo che utilizza coppie di atomi ultrafreddi simili a elettroni. Credito:Robert Gill/Dartmouth College
I ricercatori del Dartmouth College hanno costruito il primo circuito superfluido al mondo che utilizza coppie di atomi ultrafreddi simili a elettroni, secondo uno studio pubblicato in Physical Review Letters .
Il banco di prova di laboratorio offre ai fisici il controllo sulla forza delle interazioni tra atomi, fornendo un nuovo modo per esplorare i fenomeni alla base dei materiali esotici come i superconduttori.
"Gran parte della tecnologia moderna ruota attorno al controllo del flusso di elettroni attorno ai circuiti", ha affermato Kevin Wright, assistente professore di fisica a Dartmouth e ricercatore senior dello studio. "Utilizzando atomi simili a elettroni possiamo testare teorie in modi che prima non erano possibili."
Sebbene i materiali conduttivi come il rame siano ben conosciuti, i ricercatori non comprendono completamente come si muovono o possono essere controllati gli elettroni in materiali esotici come isolanti topologici e superconduttori che possono essere utili per la costruzione di computer quantistici.
Il nuovo circuito funge da emulatore quantistico per esplorare come funzionano gli elettroni nei materiali reali, offrendo un modo per analizzare il movimento degli elettroni in un ambiente altamente controllabile.
"Gli elettroni possono fare cose che sono molto più strane e ricche di quanto chiunque immaginasse", ha detto Wright. "Stiamo imparando a conoscere gli elettroni senza usare gli elettroni."
I ricercatori di Dartmouth hanno costruito il primo circuito superfluido al mondo che utilizza coppie di atomi ultrafreddi simili a elettroni. Credito:Robert Gill/Dartmouth College
Le particelle atomiche sono bosoni o fermioni. I bosoni, come i fotoni, tendono a raggrupparsi. I fermioni, come gli elettroni, tendono a evitarsi a vicenda. Sebbene esistano già circuiti superfluidi che utilizzano atomi simili a bosoni ultrafreddi, il circuito di Dartmouth è il primo a utilizzare atomi ultrafreddi che agiscono come fermioni.
Il circuito opera sull'isotopo litio-6. Sebbene il litio-6 sia un atomo completo, ha proprietà che lo fanno agire come un singolo elettrone. Il comportamento dell'atomo completo funge da analogo per i singoli elettroni.
"Se potessimo ridimensionare le proprietà degli atomi di litio-6 in elettroni, scorrerebbero senza resistenza anche al di sopra della temperatura ambiente", ha affermato Yanping Cai, il primo autore dell'articolo che ha scritto l'articolo come dottorato di ricerca a Dartmouth. candidato. "Lo studio di questi semplici circuiti potrebbe fornire informazioni sulla superconduttività ad alta temperatura."
La luce laser viene utilizzata nel circuito microscopico per raffreddare le nuvole di atomi di litio a temperature vicine allo zero assoluto. Una volta che gli atomi sono rallentati, i ricercatori possono quindi tenerli in posizione, spostarli o controllarli in altro modo in modo da imitare il flusso dei singoli elettroni attorno ai circuiti superconduttori.
Regolando i campi magnetici, il team può cambiare il modo in cui gli atomi interagiscono, facendo in modo che i fermioni si attraggano o si respingano a vicenda con intensità variabile, una caratteristica che non è possibile con i singoli elettroni o altri sistemi superfluidi come l'elio liquido.
Secondo i ricercatori, i laser sono stati utilizzati in tecniche simili in altri esperimenti, ma questo è il primo circuito atomico sintonizzabile in questo modo. I laser forniscono anche la struttura del circuito e rilevano come agiscono gli atomi.
Controllando anelli di fermioni ultrafreddi, un team di ricerca di Dartmouth ha creato il primo circuito superfluido sintonizzabile al mondo utilizzando un atomo simile a un elettrone. Credito:Kevin Wright.
"Abbiamo varcato la soglia per costruire circuiti di prova con gas quantistici fermionici", ha affermato Wright. "La progettazione e il controllo del flusso di atomi attorno a un circuito con fermioni ultrafreddi allo stesso modo di un dispositivo elettronico non è mai stato realizzato prima."
L'approccio consentirà ai ricercatori di studiare la formazione e il decadimento di "correnti persistenti" che scorrono indefinitamente senza apporto di energia.
La capacità di emulare circuiti superconduttori potrebbe aprire ampie possibilità sperimentali per testare teorie e analizzare materiali con proprietà uniche. La ricerca potrebbe creare opportunità per lo sviluppo di nuovi tipi di dispositivi che utilizzano superconduttori e altri materiali quantistici esotici.
I coautori del documento di ricerca includono Dartmouth Ph.D. candidati Daniel Allman e Parth Sabharwal. + Esplora ulteriormente
