Los electrones no son solo pequeñas esferas, que rebotan a través de un material como una pelota de goma. Las leyes de la física cuántica nos dicen que los electrones se comportan como ondas. En algunos materiales, estas ondas de electrones pueden adoptar formas bastante complicadas. El llamado "los materiales topológicos "producen estados de electrones que pueden ser muy interesantes para aplicaciones técnicas, pero es extremadamente difícil identificar estos materiales y sus estados electrónicos asociados.
TU Wien Viena y varios grupos de investigación de China han desarrollado nuevas ideas y las han implementado en un experimento. Se crea un "cristal" hecho de ondas de luz para mantener los átomos en un patrón geométrico muy especial. Estos "cristales de luz,"que se han utilizado de diferentes formas para la manipulación de átomos, ahora se pueden utilizar para desequilibrar deliberadamente el sistema. Al cambiar entre estados simples y complicados, el sistema revela si tiene estados topológicamente interesantes o no.ahora publicado en la revista Cartas de revisión física .
panecillos y rosquillas
La importancia de la topología se puede ver fácilmente si empacamos demasiadas cosas en una bolsa de compras: un panecillo puede aplastarse ligeramente y exprimirse en una forma similar a un plátano. Los panecillos y los plátanos tienen la misma estructura geométrica básica, topológicamenteson iguales. Por otro lado, una rosquilla tiene un agujero en el medio, su topología es diferente. Incluso si está ligeramente apretada, su forma se puede distinguir fácilmente de la del panecillo.
"Es similar con los estados cuánticos", explica el profesor Jörg Schmiedmayer del Centro de Viena para la Ciencia y la Tecnología Cuántica VCQ en TU Wien. "Los estados cuánticos pueden tener una topología no trivial que los protege con respecto a ciertas perturbaciones. Eso es lo quelos hace tan interesantes para la tecnología, porque siempre tienes que lidiar con las perturbaciones en cada experimento y en cada aplicación tecnológica del mundo real ". En 2016, se otorgó el Premio Nobel de Física a la investigación por la investigación sobre los estados topológicos de la materia, pero esaún se considera extremadamente difícil determinar si un determinado material permite estados cuánticos topológicamente interesantes.
"Los estados cuánticos que no están en equilibrio están cambiando rápidamente", dice Jörg Schmiedmayer. "Esta dinámica es notoriamente difícil de entender, pero como hemos demostrado, es una excelente manera de obtener información extremadamente interesante sobre el sistema".Schmiedmayer cooperó con equipos de investigación de China. "El experimento fue dirigido por el profesor Shuai Chen, del grupo de investigación del profesor Jian-Wei Pan. Ambos fueron colaboradores de mi grupo en Heidelberg, y desde su regreso a China,han trabajado en estrecha colaboración ", dice Schmiedmayer. La TU de Viena y la Universidad China de Ciencia y Tecnología USTC, Heifei, China firmaron un acuerdo de cooperación en 2016, que fortaleció la cooperación en investigación, especialmente en el campo de la física.
Un desequilibrio que revela las propiedades del material
Con la ayuda de ondas de luz interferentes, los átomos se pueden mantener en lugares predefinidos, creando una rejilla regular de átomos, similar a un cristal, los átomos toman el papel de los electrones en un cristal de estado sólido. Al cambiar la luz, la geometría de la disposición atómica se puede cambiar para examinar cómo se comportarían los estados de los electrones en un material en estado sólido real.
"Con este cambio, se está generando repentinamente un desequilibrio masivo", dice Jörg Schmiedmayer. "Los estados cuánticos deben reorganizarse y acercarse a un nuevo equilibrio, al igual que las bolas que ruedan cuesta abajo hasta encontrar el equilibrio en el valle. Y durante esteproceso podemos ver firmas claras que nos dicen si se encuentran o no estados topológicamente interesantes ".
Esta es una nueva perspectiva importante para la investigación de materiales topológicos. Incluso se podrían adaptar los cristales de luz artificial para simular ciertas estructuras cristalinas y para encontrar nuevos materiales topológicos.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Tecnológica de Viena . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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