Por primera vez, los físicos han construido un sistema experimental bidimensional que les permite estudiar las propiedades físicas de los materiales que se teoriza que existen solo en el espacio tetradimensional. Un equipo internacional de investigadores de Penn State, ETH Zurich enSuiza, la Universidad de Pittsburgh y el Instituto de Tecnología Holon en Israel han demostrado que el comportamiento de las partículas de luz puede coincidir con las predicciones sobre la versión cuatridimensional del "efecto Hall cuántico", un fenómeno que ha sidoen la raíz de tres premios Nobel de física, en una matriz bidimensional de "guías de onda"
Un artículo que describe la investigación aparece el 4 de enero de 2018 en la revista Naturaleza junto con un documento de un grupo separado de Alemania que muestra que se puede usar un mecanismo similar para hacer que un gas de átomos ultrafríos exhiba también la física cuántica cuádruple de Hall.
"Cuando se teorizó que el efecto Hall cuántico se podía observar en un espacio de cuatro dimensiones", dijo Mikael Rechtsman, profesor asistente de física y autor del artículo, "se consideró de interés puramente teórico porque lo realel mundo consta de solo tres dimensiones espaciales; era más o menos una curiosidad. Pero, ahora hemos demostrado que la física cuántica cuádruple de Hall puede ser emulada usando fotones partículas de luz que fluyen a través de una pieza de vidrio intrincadamente estructurada.- una matriz de guía de ondas "
Cuando la carga eléctrica se intercala entre dos superficies, la carga se comporta efectivamente como un material bidimensional. Cuando ese material se enfría a una temperatura cercana al cero absoluto y se somete a un fuerte campo magnético, la cantidad que puede conducir se convierte en "cuantificado ": fijado a una constante fundamental de la naturaleza y no puede cambiar". La cuantización es sorprendente porque incluso si el material es 'desordenado', es decir, tiene muchos defectos, esta 'conductancia de Hall' permanece extremadamente estable,"dijo Rechtsman." Esta robustez del flujo de electrones, el efecto Hall cuántico, es universal y se puede observar en muchos materiales diferentes en condiciones muy diferentes ".
Esta cuantificación de la conductancia, descrita por primera vez en dos dimensiones, no se puede observar en un material tridimensional ordinario, pero en 2000, se demostró teóricamente que se podría observar una cuantización similar en cuatro dimensiones espaciales.espacio dimensional, los investigadores construyeron matrices de guías de ondas. Cada guía de ondas es esencialmente un tubo, que se comporta como un cable para la luz. Este "tubo" se inscribe a través de vidrio de alta calidad utilizando un potente láser.
Muchas de estas guías de ondas están inscritas estrechamente espaciadas a través de una sola pieza de vidrio para formar la matriz. Los investigadores utilizaron una técnica desarrollada recientemente para codificar "dimensiones sintéticas" en las posiciones de las guías de ondas. En otras palabras, los patrones complejos delas posiciones de la guía de ondas actúan como una manifestación de las coordenadas de dimensiones superiores. Al codificar dos dimensiones sintéticas adicionales en la compleja estructura geométrica de las guías de ondas, los investigadores pudieron modelar el sistema bidimensional con un total de cuatro dimensiones espaciales.Luego, los investigadores midieron cómo fluía la luz a través del dispositivo y descubrieron que se comportaba con precisión de acuerdo con las predicciones del efecto cuántico cuádruple.
"Nuestras observaciones, tomadas junto con las observaciones que utilizan átomos ultrafríos, proporcionan la primera demostración de la física cuántica de dimensiones superiores", dijo Rechtsman. "Pero cómo la comprensión y la investigación de la física de dimensiones superiores tienen cierta relevancia para la ciencia y la tecnología ennuestro mundo tridimensional? Hay una serie de ejemplos en los que este es el caso. Por ejemplo, los 'cuasicristales', aleaciones metálicas que son cristalinas pero no tienen unidades repetitivas y se utilizan para recubrir algunas sartenes antiadherentes, han sidodemostrado tener "dimensiones ocultas": sus estructuras pueden entenderse como proyecciones desde el espacio de dimensiones superiores hacia el mundo real tridimensional. Además, es posible que la física de dimensiones superiores pueda utilizarse como un principio de diseño para dispositivos fotónicos novedosos"
Además de Rechtsman, el equipo de investigación incluye a Jonathan Guglielmon en Penn State; Oded Zilberberg en ETH Zurich; Sheng Huang, Mohan Wang y Kevin Chen en la Universidad de Pittsburgh; y Yaacov E. Kraus en el Holon Institute of Technology.La investigación fue apoyada por la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU., La Fundación Charles E. Kaufman, la Fundación Alfred P. Sloan y la Fundación Nacional de Ciencias de Suiza.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Estado Penn . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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