Los físicos de JILA han hecho que su "cristal cuántico" de moléculas ultrafrías sea más valioso que nunca al incluir cinco veces más moléculas en él. El cristal más denso ayudará a los científicos a descubrir los secretos de los imanes y otros materiales más exóticos.
El cristal es en realidad un gas de partículas atrapadas en la formación tridimensional por rayos láser. La trampa, llamada retícula óptica, tiene pozos, regiones locales de baja energía, como un cartón de huevos hecho de luz. Los investigadores maniobraronuna sola molécula en cada pocillo, llenando con éxito aproximadamente el 25 por ciento del cristal. La estructura tiene una ventaja sobre un cristal real, ya que está hecha de moléculas científicamente interesantes que normalmente no se cristalizarían.
Descrito en la edición del 6 de noviembre de 2015 de ciencia , * el cristal JILA es útil para estudiar las correlaciones entre los "espines" o rotaciones de las moléculas, un comportamiento cuántico relacionado con el magnetismo. El cristal más denso permitirá a los científicos estudiar y modelar efectos complejos, como la forma en que las correlaciones de espín o el enredo-un vínculo cuántico entre las propiedades de las partículas separadas - se propaga a través de un gran sistema. Los científicos podrían usar estos efectos, por ejemplo, para hacer nuevos materiales para la electrónica u otras aplicaciones.
JILA es operado conjuntamente por el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología NIST y la Universidad de Colorado Boulder.
"La densidad en el cristal ahora es lo suficientemente alta como para introducir un orden de largo alcance, por lo que las moléculas se comportan como un sistema interconectado en lugar de simplemente una colección de partículas aisladas", dice Jun Ye, miembro de JILA / NIST. "Las moléculas están cercasuficiente entre sí para que sus giros migren y se reubiquen en otras moléculas, lo que nos permite investigar las conexiones cuánticas de muchas partículas que pueden conducir a nuevos materiales ".
Cada molécula consiste en un átomo de potasio unido a un átomo de rubidio. Las moléculas son polares, con una carga eléctrica positiva sobre el rubidio y una carga negativa sobre el potasio. Esta característica significa que las moléculas pueden controlarse con campos eléctricos y pueden interactuar fuertemente,incluso cuando están muy separados
"Debido a que nuestras moléculas son polares, las moléculas vecinas en la red interactuarán entre sí", dice la becaria de JILA / NIST, Deborah Jin. "Cuando cada molécula tiene múltiples vecinos con los que hablar, estas interacciones se vuelven mucho más importantes y afectan a todo el conjuntocristal."
La construcción del cristal cuántico fue algo así como un tour de force en la manipulación atómica. Si bien los investigadores pueden crear un cristal a partir de un gas atómico con relativa facilidad, combinar dos gases atómicos diferentes fue difícil. Pero esto fue necesario para organizar los dos átomos diferentes paraformar una molécula. La receta requería una pequeña nube de átomos de rubidio, una clase de partículas que les gusta actuar al unísono, y una gran nube de átomos de potasio, que tienden a ser más independientes.
El equipo de JILA cargó la red óptica superponiendo las dos nubes para que coincidan con sus densidades y niveles de energía en la intersección, de modo que uno de cada tipo de átomo tendió a acumularse en cada pozo. Los investigadores utilizaron campos magnéticos y láseres para fusionar el átomose emparejan en moléculas con la energía vibratoria y rotacional más baja posible. Los átomos perdidos restantes fueron expulsados de la trampa.
Los científicos de JILA crearon por primera vez moléculas ultrafrías en 2008 y hace varios años formaron el primer cristal molecular, en el que las moléculas intercambiaron espines. Para reducir las reacciones químicas y extender la vida útil de las moléculas, los investigadores hicieron que los pozos de trampa fueran más profundos. Ahora han logrado su próximoobjetivo de llenar suficientes pozos para unificar el cristal como un sistema, abriendo la puerta a intrigantes nuevos fenómenos cuánticos.
La investigación fue financiada por el NIST, la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea, la Oficina de Investigación del Ejército y la Fundación Nacional de Ciencia.
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Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Nacional de Estándares y Tecnología NIST . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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