Un estudio FLOTA de gases atómicos ultrafríos, una billonésima parte de la temperatura del espacio exterior, ha desbloqueado nuevos efectos cuánticos fundamentales
Los investigadores de la Universidad Tecnológica de Swinburne estudiaron las oscilaciones colectivas en gases atómicos ultrafríos, identificando dónde ocurren los efectos cuánticos para 'romper' las simetrías predichas por la física clásica.
También observaron la transición entre el comportamiento bidimensional 2D y el comportamiento tridimensional 3D.
"Los descubrimientos fundamentales realizados a partir de tales observaciones informarán la búsqueda de FLEET de conducción electrónica sin pérdida de energía", explicó el autor del estudio, el profesor Chris Vale.
Física fundamental con una aplicación inmediata
Los materiales bidimensionales exhiben muchas propiedades físicas novedosas y se estudian profundamente para sus usos potenciales, por ejemplo, en la electrónica de energía ultra baja.
Sin embargo, las fuertes correlaciones e imperfecciones dentro de los materiales 2D hacen que sea difícil de entender teóricamente. Los gases cuánticos de átomos neutros ultrafríos ayudarán a desbloquear la física fundamental de los materiales 2D, así como a descubrir nuevos fenómenos que no son fácilmente accesibles en otros sistemas.
Los experimentos realizados en gases cuánticos de átomos neutros ultrafríos mejoran nuestra comprensión de las transiciones de fase y los efectos de las interacciones entre partículas.
Esta capacidad mejorada, comprensión y control de las transiciones de fase tendrá una aplicación directa en el desarrollo de FLEET de futuros dispositivos electrónicos de baja energía basados en topología.
simetría
Las 'simetrías' son un ingrediente esencial en la formulación de muchas teorías físicas, que permiten descripciones simplificadas al identificar qué factores no modifican las propiedades físicas subyacentes de un sistema.
Por ejemplo, en un sistema 'invariante de escala', cambiar las distancias entre sus partículas no altera el comportamiento de un material, sino que simplemente lo 'escala' por un factor apropiado.
Los gases de átomos ultrafríos confinados en un plano bidimensional permitieron a los investigadores explorar regímenes donde esa 'simetría de escala' puede romperse por los efectos cuánticos.
El estudio
Los investigadores estudiaron un gas Fermi 2D de átomos de litio-6 que interactúa fuertemente, midiendo la frecuencia de una oscilación radial conocida como 'modo de respiración', cuya frecuencia se establece por la compresibilidad de los gases y es una ventana a los gases termodinámicosecuación de estado.
El modo de respiración es la oscilación colectiva de energía más baja del gas, y mientras exista la simetría de escala, siempre debe ocurrir en una sola frecuencia exactamente el doble de la frecuencia de confinamiento armónico.
El estudio confirmó que la simetría de escala se rompe en presencia de fuertes interacciones entre partículas, lo que afecta la relación termodinámica entre la presión y la densidad.
Esto se llama anomalía cuántica, que ocurre cuando una simetría que está presente en una teoría clásica se rompe en la teoría cuántica correspondiente.
Las mediciones de la frecuencia del modo de respiración también permitieron a los investigadores mapear la evolución de la ecuación de estado termodinámica entre los límites 2D y 3D, lo que demuestra que el comportamiento 2D estricto se encuentra solo en una región muy limitada del espacio de parámetros.
El estudio Anomalía cuántica y Crossover 2D-3D en gases de Fermi fuertemente interactuantes se publicó hoy en Cartas de revisión física .
Agradecimientos: El estudio fue financiado por el Consejo de Investigación Australiano bajo los programas de los Centros de Excelencia, Future Fellowship y Discovery. Los colaboradores incluyeron FLEET CI Meera Parish y AI Jesper Levinson.
Gases y flota a baja temperatura
Dentro de FLEET, Chris Vale estudia fenómenos topológicos en gases 2D de átomos fermiónicos ultrafríos, investigando implementaciones de átomos fríos de superfluidez topológica Floquet, mejoras de no equilibrio a la temperatura crítica superconductora y nuevas formas de materia topológica basadas en el acoplamiento de órbita giratoria inducida ópticamente en 2Dgases atómicos, en el Tema de investigación 3.
El tema de investigación 3 de FLEET estudia los sistemas que se ven temporalmente fuera del equilibrio térmico para investigar la física cualitativamente diferente que se muestra y las nuevas capacidades para controlar dinámicamente su comportamiento.
Chris dirige el estudio de los gases cuánticos en la Universidad Tecnológica de Swinburne. En estas colecciones de átomos enfriados a solo 100 nanoKelvins por encima de Absolute Zero, los comportamientos que generalmente se encuentran solo a nivel microscópico se vuelven prominentes a nivel macroscópico.
El estudio del equipo de gases de Fermi confinado a 2D prueba nuevos paradigmas para el transporte sin disipación en la materia cuántica topológica y sin equilibrio sintetizada a partir de átomos ultrafríos.
Chris es uno de los casi cien investigadores de FLEET, todos motivados por un gran desafío: reducir la energía utilizada en las tecnologías de la información y la comunicación TIC, que ya representa al menos el 8% del uso global de electricidad, y se está duplicandocada década
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Centro de excelencia ARC en futuras tecnologías electrónicas de baja energía . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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