Los aisladores que conducen en sus bordes son prometedores para aplicaciones tecnológicas interesantes. Sin embargo, hasta ahora sus características no se han entendido completamente. Los físicos de la Universidad de Goethe ahora han modelado lo que se conoce como aisladores topológicos con la ayuda de gases cuánticos ultrafríos.la edición actual de Cartas de revisión física , demuestran cómo se pueden detectar experimentalmente los estados de borde.
Imagine un disco hecho de un aislante con un borde conductor a lo largo del cual una corriente siempre fluye en la misma dirección ". Esto hace imposible que una partícula cuántica se vea impedida, porque el estado de fluir en la otra dirección simplemente no lo haceexiste ", explica Bernhard Irsigler, el primer autor del estudio. En otras palabras: en el estado límite, la corriente fluye sin resistencia. Esto podría usarse, por ejemplo, para aumentar la estabilidad y la eficiencia energética de los dispositivos móviles. La investigación esTambién se está haciendo cómo usar esto para construir láseres que sean más eficientes.
En los últimos años, también se han producido aislantes topológicos en gases cuánticos ultrafríos para comprender mejor su comportamiento. Estos gases se producen cuando un gas normal se enfría a temperaturas entre una millonésima y una billonésima de grado por encima del cero absoluto. Esto hace quegases cuánticos ultrafríos en los lugares más fríos del universo. Si también se produce un gas cuántico ultrafrío en una red óptica hecha de luz láser, los átomos de gas se disponen tan regularmente como en la red cristalina de un sólido. Sin embargo, a diferencia de un sólido, muchoslos parámetros se pueden variar, lo que permite estudiar los estados cuánticos artificiales.
"Nos gusta llamarlo un simulador cuántico porque este tipo de sistema revela muchas cosas que tienen lugar en los sólidos. Usando gases cuánticos ultrafríos en redes ópticas, podemos entender la física básica de los aislantes topológicos", explica el coautor Jun-Hui Zheng.
Sin embargo, una diferencia significativa entre un gas sólido y un gas cuántico es que los gases en forma de nube no tienen bordes definidos. Entonces, ¿cómo decide un aislante topológico en un gas ultrafrío dónde están sus estados de borde? Los investigadores del profesor WalterEl grupo de investigación de Hofstetter en el Instituto de Física Teórica de la Universidad de Goethe responde a esta pregunta en su estudio. Modelaron una barrera artificial entre un aislador topológico y un aislador normal. Esto representa el borde del aislador topológico a lo largo del cual se forma el estado del borde conductor.
"Demostramos que el estado del borde se caracteriza a través de correlaciones cuánticas que podrían medirse en un experimento usando un microscopio de gas cuántico. La Universidad de Harvard, el MIT y el Instituto Max-Planck de Óptica Cuántica en Munich llevan a cabo este tipo de mediciones", dice Hofstetter. Un microscopio de gas cuántico es un instrumento con el que se pueden detectar átomos individuales en experimentos". Para nuestro trabajo, es fundamental que tengamos en cuenta explícitamente la interacción entre las partículas del gas cuántico. Eso hace que la investigaciónmás realista, pero también mucho más complicado. Los cálculos complejos no podrían llevarse a cabo sin una supercomputadora. La estrecha colaboración con los principales científicos europeos en el contexto de la Unidad de Investigación DFG 'Campos de Calibre Artificial y Fases Topológicas Interactivas en Átomos Ultrafríos' también esde particular importancia para nosotros ", agrega Hofstetter.
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Materiales proporcionado por Universidad Goethe de Frankfurt . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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