Detecció dels límits dels aïllants.

Font: Google

Els aïllants que  s'estan portant als seus límits, són prometedors per a  aplicacions interessants tecnològiques. No obstant això, fins ara les seves característiques no s'han entès completament. Els físics de la Universitat de Goethe han modelat els anomenats aïllants topològics amb l'ajuda de gasos quàntics ultra-freds. En l'actual edició  del Physical Review Letters, es demostra com es podrien detectar els estats límits.

Donat un disc fet d'un aïllant amb una límit en la direcció al llarg del qual un corrent sempre flueix en la mateixa direcció això, fa impossible que s'impedeixi a una partícula quàntica, perquè l'estat de fluir en l'altra direcció, simplement no existeix. En altres paraules: a l'estat del límit, el corrent flueix sense resistència. Això es podria utilitzar, per exemple, per augmentar l'estabilitat i l'eficiència energètica dels dispositius mòbils. També s'està investigant sobre com utilitzar-ho per construir làsers més eficients.

Font: Google

En els últims anys per comprendre millor el seu comportament, els aïllants topològics també s'han produït en gasos quàntics ultra-freds. Aquests gasos es produeixen quan un gas normal es refreda a temperatures entre una milionèsima i la milionèsima part d'un grau superior al zero absolut. Això fa que els gasos quàntics ultra-freds siguin els llocs més freds de l'univers. Si un gas quàntic ultra-fred també es produeix en una xarxa òptica feta de llum làser, els àtoms del gas es disposen tan regularment com a la xarxa cristallina d'un sòlid. Tanmateix, a diferència d'un sòlid, molts paràmetres poden variar, permetent estudiar estats quàntics artificials.

En un simulador quàntic, revela moltes coses que tenen lloc en sòlids. Usant gasos quàntics ultra-freds en xarxes òptiques, es pot comprendre la física bàsica dels aïllants topològics.

Una diferència significativa entre un gas sòlid i un de quàntic,  és que els gasos en forma de núvol no tenen límits definits. Llavors, com s'utilitza un aïllant topològic en un gas ultra-fred on es troben els seus estats frontals? Els investigadors del grup de recerca del professor Walter Hofstetter a l'Institut de Física Teòrica de Goethe University van respondre aquesta pregunta en el seu estudi. Van modelar una barrera artificial entre un aïllador topològic i un aïllador normal. Això representa el límit de l' aïllador topològic al llarg del qual es forma l'estat del límit conductor.

Font: Google

Es demostra que l'estat del límit, es caracteritza per les correlacions quàntiques que es poden mesurar en un experiment amb un microscopi de gas quàntic. La Universitat de Harvard, el MIT i l'Institut Max-Planck per a l'Òptica Quàntica de Munic, realitzen aquest tipus de mesures. Un microscopi de gas quàntic és un instrument amb el qual es poden detectar àtoms individuals en experiments. Per aquest treball, és fonamental que s'expliqui explícitament la interacció entre les partícules del gas quàntic. Això fa que la investigació sigui més realista, però també molt més complicada. Els càlculs complexos no es podien dur a terme sense una super-computadora. L'estreta col·laboració amb científics europeus líders en el context de la Unitat de Recerca DFG  "Camps de mesurament artificial i fases topològiques interactives en àtoms ultracables" també és de particular importància per aquesta recerca.

Font: Goethe University Frankfurt am Main