Son tan delgados como un cabello, solo cien mil veces más delgados; los llamados materiales bidimensionales, que consisten en una sola capa de átomos, han estado en auge en la investigación durante años. Se hicieron conocidos por un público más amplio cuandoDos científicos ruso-británicos fueron galardonados con el Premio Nobel de Física en 2010 por el descubrimiento del grafeno, un componente básico del grafito. La característica especial de estos materiales es que poseen propiedades novedosas que solo pueden explicarse con la ayuda de las leyes demecánica cuántica y eso puede ser relevante para tecnologías mejoradas. Investigadores de la Universidad de Bonn Alemania ahora han utilizado átomos ultrafríos para obtener nuevos conocimientos sobre fenómenos cuánticos previamente desconocidos. Descubrieron que los órdenes magnéticos entre dos películas delgadas de átomos acopladas compitenentre sí. El estudio ha sido publicado en la revista Naturaleza .
Los sistemas cuánticos dan cuenta de estados de materia muy singulares que se originan en el mundo de las nanoestructuras. Facilitan una amplia variedad de nuevas aplicaciones tecnológicas, por ejemplo, contribuyen a la encriptación segura de datos, introducen dispositivos técnicos cada vez más pequeños y rápidos e incluso permiten el desarrollo de una computadora cuántica.En el futuro, una computadora de este tipo podría resolver problemas que las computadoras convencionales no pueden resolver en absoluto o solo durante un largo período de tiempo.
La forma en que surgen los fenómenos cuánticos inusuales aún está lejos de entenderse completamente. Para arrojar luz sobre esto, un equipo de físicos dirigido por el profesor Michael Köhl en el Clúster de Excelencia de Materia y Luz para Computación Cuántica de la Universidad de Bonn está utilizando tansimuladores cuánticos, que imitan la interacción de varias partículas cuánticas, algo que no se puede hacer con métodos convencionales. Incluso los modelos informáticos más avanzados no pueden calcular procesos complejos como el magnetismo y la electricidad hasta el último detalle.
Los átomos ultrafríos simulan sólidos
El simulador utilizado por los científicos consiste en átomos ultrafríos, ultrafríos porque su temperatura es solo una millonésima de grado por encima del cero absoluto. Los átomos se enfrían mediante láseres y campos magnéticos. Los átomos están ubicados en redes ópticas, es decir, de pieondas formadas por la superposición de rayos láser. De esta manera, los átomos simulan el comportamiento de los electrones en un estado sólido. La configuración experimental permite a los científicos realizar una amplia variedad de experimentos sin modificaciones externas.
Dentro del simulador cuántico, los científicos, por primera vez, lograron medir las correlaciones magnéticas de exactamente dos capas acopladas de una red cristalina. "A través de la fuerza de este acoplamiento, pudimos rotar la dirección en la que el magnetismoformas en 90 grados, sin cambiar el material de ninguna otra manera ", explican los primeros autores Nicola Wurz y Marcell Gall, estudiantes de doctorado en el grupo de investigación de Michael Köhl.
Para estudiar la distribución de átomos en la red óptica, los físicos utilizaron un microscopio de alta resolución con el que pudieron medir las correlaciones magnéticas entre las capas individuales de la red. De esta manera, investigaron el orden magnético, es decir, la alineación mutuade los momentos magnéticos atómicos en el estado sólido simulado. Observaron que el orden magnético entre capas competía con el orden original dentro de una sola capa, concluyendo que cuanto más fuertemente se acoplaban las capas, más fuertes eran las correlaciones que se formaban entre las capas.tiempo, se redujeron las correlaciones dentro de las capas individuales.
Los nuevos resultados permiten comprender mejor el magnetismo que se propaga en los sistemas de capas acopladas a nivel microscópico. En el futuro, los hallazgos ayudarán a hacer predicciones sobre las propiedades de los materiales y lograr nuevas funcionalidades de los sólidos, entre otras cosas., por ejemplo, la superconductividad de alta temperatura está estrechamente relacionada con los acoplamientos magnéticos, los nuevos hallazgos podrían, a largo plazo, contribuir al desarrollo de nuevas tecnologías basadas en dichos superconductores.
El Clúster de Excelencia de Materia y Luz para Computación Cuántica ML4Q
El Clúster de Excelencia Matter and Light for Quantum Computing ML4Q es una cooperación de investigación de las universidades de Colonia, Aquisgrán y Bonn, así como el Forschungszentrum Jülich. Está financiado como parte de la Estrategia de Excelencia de la federación alemana ygobiernos estatales. El objetivo de ML4Q es desarrollar nuevas arquitecturas informáticas y de redes utilizando los principios de la mecánica cuántica. ML4Q se basa y amplía la experiencia complementaria en los tres campos de investigación clave: física del estado sólido, óptica cuántica y ciencia de la información cuántica.
El grupo de excelencia está integrado en el área de investigación transdisciplinaria "Bloques de construcción de la materia e interacciones fundamentales" en la Universidad de Bonn. En seis TRA diferentes, científicos de una amplia gama de facultades y disciplinas se unen para trabajar en temas relevantes para el futuro.tópicos de investigación.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Bonn . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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