Según la experiencia cotidiana, sabemos que los metales son buenos conductores tanto para la electricidad como para el calor; piense en la cocina inductiva o los dispositivos electrónicos que se calientan con el uso intenso. Ese vínculo íntimo de calor y transporte eléctrico no es una coincidencia. En los metales típicos, ambos tipos de conductividadsurgen del flujo de electrones 'libres', que se mueven como un gas de partículas independientes a través del material. Pero cuando los portadores fermiónicos como los electrones interactúan entre sí, pueden surgir fenómenos inesperados, como Dominik Husmann, Laura Corman y sus colegas en elgrupo de Tilman Esslinger en el Departamento de Física de ETH Zurich - en colaboración con Jean-Philippe Brantut en la École Polytechnique Fédérale de Lausanne EPFL - informe en un artículo publicado esta semana en la revista Actas de la Academia Nacional de Ciencias . Al estudiar el calor y la conducción de partículas en un sistema de átomos fermiónicos que interactúan fuertemente, encontraron una gama de comportamientos desconcertantes que diferencian a este sistema de los sistemas conocidos en los que las dos formas de transporte están acopladas.
En metales, la conexión de la conductividad térmica y eléctrica se describe en la ley de Wiedemann-Franz, que se formuló por primera vez en 1853. En su forma moderna, la ley establece que a una temperatura fija, la relación entre los dos tipos de conductividades constante. El valor de esa relación es bastante universal, siendo el mismo para una gama notablemente amplia de metales y condiciones. Sin embargo, esa universalidad se rompe cuando los portadores interactúan entre sí. Esto se ha observado en un puñado de metales exóticos.aloja electrones fuertemente correlacionados, pero Husmann, Corman y sus compañeros de trabajo ahora han explorado el fenómeno en un sistema en el que tenían un control exquisito sobre todos los parámetros relevantes, permitiéndoles monitorear el transporte de partículas y calor con detalles sin precedentes.
transporte limpio
Los portadores en sus experimentos son átomos de litio fermiónicos, que enfriaron a temperaturas submicelvínicas y atraparon con rayos láser. Inicialmente, confinaron unos cientos de miles de estos átomos en dos depósitos independientes que se pueden calentar individualmente. Una vez que la temperaturaCuando se estableció la diferencia entre los dos depósitos, abrieron una pequeña restricción entre ellos, el llamado contacto de punto cuántico, iniciando así el transporte de partículas y calor. El canal de transporte se define y controla también con luz láser.por lo tanto, proporciona una plataforma extraordinariamente limpia para estudiar el transporte fermiónico. Por ejemplo, en materiales reales, la red a través de la cual fluyen los electrones comienza a derretirse a altas temperaturas. En contraste, en la configuración de átomos fríos, con las estructuras definidas por la luz, notal 'calentamiento de celosía' ocurre, lo que hace posible centrarse en los propios transportistas.
comportamiento desconcertante
Cuando Husmann et al. Determinaron la relación entre conductividad térmica y de partículas en su sistema, encontraron que era un orden de magnitud por debajo de las predicciones de la ley de Wiedemann-Franz. Esta desviación indica una separación de los mecanismos responsables de la partícula ycorrientes de calor, en contraste con la situación tan universalmente observada para los portadores libres. Como resultado, su sistema evolucionó a un estado en el que las corrientes de calor y partículas desaparecieron mucho antes de que se alcanzara un equilibrio entre los dos depósitos en términos de temperatura y número de partículas..
Además, se encontró que otra medida del comportamiento termoeléctrico, el coeficiente Seebeck, tenía un valor cercano al esperado para un gas Fermi que no interactúa. Esto es desconcertante, porque en algunas regiones del canal los átomos que interactúan fuertemente estaban en elrégimen superfluido en el que un gas o líquido fluye sin viscosidad y en el superfluido prototípico, helio-4, el coeficiente Seebeck es cero. Esta discrepancia indica un carácter termoeléctrico diferente para el gas fermiónico estudiado por el equipo ETH.
Por lo tanto, estos hallazgos plantean nuevos desafíos para el modelado microscópico de sistemas de fermiones fuertemente interactivos. Al mismo tiempo, la plataforma establecida con estos experimentos podría ayudar a explorar conceptos novedosos para dispositivos termoeléctricos, como refrigeradores y motores que se basan en diferencias de temperatura interconvertidasen flujo de partículas, y viceversa.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por ETH Departamento de Física de Zurich . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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