En ny testleje for ikke-ligevægtsfysik med mange kroppe

Elektronernes adfærd i et materiale er typisk svær at forudsige. Ny indsigt kommer nu fra eksperimenter og simuleringer udført af et hold ledet af ETH-fysikere, der har studeret elektroniske transportegenskaber i en endimensionel kvantetråd indeholdende et mesoskopisk gitter.

Om et materiale er, for eksempel, et metal eller en isolator afhænger af en række mikroskopiske detaljer, herunder styrken af ​​interaktioner mellem elektroner, tilstedeværelsen af ​​urenheder og antallet af dimensioner, gennem hvilke ladningsbærerne kan forplante sig. Denne kompleksitet gør forudsigelsen af ​​elektroniske egenskaber i solid state-systemer meget udfordrende. At forstå elektronernes adfærd i et materiale bliver så meget desto sværere, når de bevæger sig gennem et periodisk potentiale, for eksempel i en krystal. Så fænomener som superfluiditet, som er forbundet med en stor ledningsevne, kan konkurrere med interferenseffekter, der gør materialet til en isolator.

Martin Lebrat, sammen med kolleger i gruppen af ​​Tilman Esslinger ved Institute for Quantum Electronics ved ETH Zürich og samarbejdspartnere ved Universitetet i Genève og École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) har nu tacklet problemet ved at udføre eksperimenter i et perfekt rent kunstigt materiale, der de kan styre med stor nøjagtighed og fleksibilitet. Som de rapporterer i et papir offentliggjort i Fysisk gennemgang X , de brugte laserlys til at skabe korte endimensionelle gitterstrukturer forbundet til to reservoirer af ultrakolde lithium-6-atomer. I denne opsætning kan de måle ledningens ledningsevne, mens de har udsøgt kontrol over alle relevante parametre, herunder længden og højden af ​​gitteret og vekselvirkningerne mellem de partikler, der transporteres gennem det.

I deres eksperimenter, de observerede fremkomsten af ​​en båndisolerende fase med svage interaktioner. Da de tunede interaktionerne fra svagt til stærkt attraktivt, de opdagede, at denne isolerende tilstand fortsætter, antyder tilstedeværelsen af ​​en såkaldt Luther-Emery væske, en oprindelig fase, der er blevet forudsagt i 1974, og som er karakteristisk for strukturens endimensionelle karakter.

Det eksperimentelle arbejde er understøttet af simuleringer, og tilsammen demonstrerer disse resultater den samtidige kontrol af interaktioner og kvanteinterferenser i koldatomenheder. Dette burde ikke kun være interessant med henblik på at udforske opførselen af ​​elektroner, der bevæger sig gennem materialer; fleksibiliteten fra Lebrat og kollegers tilgang betyder også, at de kan konstruere komplekse strukturer med nye funktionaliteter, som ikke er tilgængelige i elektroniske systemer.