Si ve gente caminando por una calle y llegando a un cruce, es difícil predecir qué dirección tomarán. Pero, si ve gente sentada en botes separados, flotando por un arroyo, y el arroyo se divide en dos canales,es probable que la mayoría, si no todos, se llevarán a un canal, el canal que tiene el flujo más fuerte.
Los científicos de la Unidad de Dinámica Cuántica de la Universidad de Graduados del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa OIST están buscando algo similar, pero su investigación es a una escala mucho menor. Están realizando experimentos para ver cómo se ve afectado el movimiento de los electronespor fluido. Este estudio fue publicado en Cartas de revisión física .
El profesor Denis Konstantinov, que dirige la Unidad, demostró el concepto con un trozo de cable. "Si pasamos una corriente eléctrica a través de un trozo de cable, entonces sabemos que los electrones se moverán de un extremo al otro. Sidivide el cable en dos, la mitad de los electrones fluirá hacia un lado y la otra mitad fluirá hacia el otro ".
Esto se debe a la ley de Ohm, una ley de física, que establece que la corriente eléctrica es proporcional al voltaje e inversamente proporcional a la resistencia, por lo que si la resistencia se distribuye equitativamente entre dos canales, la mitad de los electrones bajarán por cada canal.
"Pero", explicó el profesor Konstantinov. "Si los electrones están asentados en líquido, en lugar de en un sólido, podrían romper la ley de Ohm. Eso es lo que queríamos medir".
Esta teoría proviene del concepto de un polaron, que es un electrón que está "vestido" por una nube del medio en el que se encuentra. Esto lo hace más pesado, más lento y cambia su comportamiento. Anteriormente, los polarones se han discutido en términos de iónicocristales en sólidos, pero mucho más raramente en líquidos.
Los investigadores utilizaron helio superfluido, que tiene varias propiedades únicas. Por ejemplo, permanece en forma líquida a temperaturas de cero absoluto, cuando cualquier otro líquido se congelaría, y se comporta como un fluido con viscosidad cero o sin resistencia. Electronessolo podría sentarse en la parte superior, en lugar de hundirse. Por lo tanto, proporcionó a los investigadores un sistema de electrones 2D.
Crearon una pequeña estructura, en la escala de micrómetros, de tres depósitos conectados por una unión en T, y sumergieron ligeramente esta estructura en helio superfluido.
A medida que los electrones se movían y perturbaban el líquido, creaban ondas capilares u ondas. A altas densidades de electrones, los electrones quedaron atrapados en el hoyuelo poco profundo de las ondas. Estos son ligeramente diferentes de los polarones tradicionales, por lo que los investigadores los llamaronripplopolarons, inspirados por sus similitudes con las ondas en el agua.
"La ley de Ohm establece que los electrones deberían dividirse en la unión T", dijo el profesor Konstantinov, "pero, debido a la conservación del momento, el flujo de fluido debería seguir bajando por el camino recto. Teorizamos que los ripplopolarons - los atrapadoselectrones - romperían la ley de Ohm y todos serían transportados en la misma dirección "
Los investigadores aplicaron un campo eléctrico, que movió a los ripplopolarones del reservorio izquierdo. A medida que avanzaban a lo largo del canal, llegaron al cruce, y podían girar e ir al reservorio lateral o continuar directamente al reservorio derecho.
Fue como predijeron los investigadores. Los ripplopolarons continuaron directamente desde el reservorio izquierdo al reservorio derecho, siguiendo la conservación del momento en lugar de la ley de Ohm.
Sin embargo, este comportamiento de infracción de la ley solo ocurrió en ciertas situaciones. La densidad de los electrones tenía que ser alta, o los ripplopolarones no se formaban, y la temperatura tenía que ser baja, o las olas simplemente saldrían.Los investigadores realizaron el experimento en la dirección opuesta, encontraron el mismo movimiento unidireccional, pero cuando expulsaron los electrones del reservorio lateral, descubrieron que los ripplopolarons chocarían contra la pared en la parte superior, las ondas desaparecerían y el [ahora-free] los electrones seguirían una vez más la ley de Ohm.
Aunque existen aplicaciones para comprender cómo funcionan los electrones, este experimento fue impulsado principalmente por la curiosidad. "Queríamos saber cómo los electrones están influenciados por el medio en el que se encuentran", dijo el profesor Konstantinov, "Para nosotros, fue el descubrimientoeso fue emocionante. Pero también es importante que comprendamos estas propiedades. Los electrones en los fluidos podrían ser útiles cuando se trata de construir qubits, las pequeñas partes que componen las computadoras cuánticas. Si pudiéramos usar electrones en fluidos para qubits, podríamos crear unarquitectura flexible y móvil para las computadoras "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Posgrado del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa OIST . Original escrito por Lucy Dickie. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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