Nou mètode per generar estats de Laughlin amb sistemes atòmics
El 1998 es va atorgar el Premi Nobel de Física al descobriment dʼun tipus de fluid quàntic amb excitacions de càrrega fraccionària conegut com a estat de Laughlin. Produir aquest estat quàntic, que explica el comportament dels electrons en plaques metàl·liques bidimensionals quan estan sotmesos a camps magnètics intensos, és des de fa una dècada un dels objectius que més interès desperta en el camp de recerca d'àtoms ultrafreds i condensats de Bose-Einstein.
El 1998 es va atorgar el Premi Nobel de Física al descobriment dʼun tipus de fluid quàntic amb excitacions de càrrega fraccionària conegut com a estat de Laughlin. Produir aquest estat quàntic, que explica el comportament dels electrons en plaques metàl·liques bidimensionals quan estan sotmesos a camps magnètics intensos, és des de fa una dècada un dels objectius que més interès desperta en el camp de recerca d'àtoms ultrafreds i condensats de Bose-Einstein.
En un treball teòric signat per investigadors de la UB i de l'Institut de Ciències Fotòniques (ICFO) que acaba de publicar Nature Communcations, es proposa un mètode per generar aquest tipus d'estats en sistemes bidimensionals d'àtoms ultrafreds, amb potencials aplicacions en computació quàntica.
«El treball combina diverses idees d'avantguarda, com per exemple la generació de camps magnètics artificials, que permeten estudiar fenòmens com ara l'efecte Hall quàntic fraccionari (al qual donen lloc els estats de Laughlin) en sistemes compostos per àtoms neutres, amb l'ús de paranys nanoplasmònics (un tipus d'oscil·lacions col·lectives del núvol electrònic d'un metall a nivell quàntic) per poder confinar el sistema d'àtoms en una regió bidimensional», apunta Bruno Juliá, investigador de la UB i primer autor de l'estudi.
Així, els àtoms ultrafreds, segons la simulació numèrica, quedarien suspesos sobre una superfície metàl·lica per l'acció del camp nanoplasmònic. Una vegada disposats d'aquesta manera, sʼil·luminarien amb un làser que permetria generar un camp magnètic artificial que els àtoms podrien notar, com els passa de manera natural als electrons a la placa metàl·lica. «Aquest treball és innovador perquè aconsegueix combinar les idees fonamentals de la nanotecnologia i la física dels àtoms ultrafreds», explica Maciej Lewenstein, investigador de l'ICFO.
Per aconseguir que els àtoms interaccionin entre ells —cosa que dʼentrada no poden fer, ja que el principi de Pauli de la mecànica quàntica impedeix que dos fermions idèntics es «toquin»— i presentin un comportament similar a la repulsió entre càrregues dels electrons, s'aprofita l'excitació virtual d'un d'ells, la qual cosa dóna lloc a una força interatòmica amb una intensitat que es pot regular experimentalment.
El treball sorgeix de la col·laboració entre el Departament d'Estructura i Constituents de la Matèria de la Facultat de Física de la UB i els grups de Nanofotònica Quàntica i de Teoria de l'Òptica Quàntica de l'ICFO, centres adscrits al campus d'excel·lència internacional BKC, la tasca conjunta dels quals ha permès articular els avenços en nanofotònica amb el camp de la simulació quàntica en sistemes d'àtoms ultrafreds.
Article:
B. Juliá-Díaz, T. Grass, O. Dutta, D. E. Chang, M. Lewenstein. «Engineering p-wave interactions in ultracold atoms using nanoplasmonic traps». Nature Communications, juny de 2013. DOI: 10.1038/ncomms3046