Et tydeligt spin på atomtransport

En af de mere uventede ting, der kan gøres med ladningsneutrale atomer, er at bruge dem til at efterligne elektronernes fundamentale adfærd. I løbet af de sidste par år, gruppen af ​​Tilman Esslinger ved Institute of Quantum Electronics i Institut for Fysik i ETH Zürich har været banebrydende for en platform, hvor atomer, der er afkølet til temperaturer tæt på det absolutte nulpunkt, transporteres gennem en- og todimensionelle strukturer, drevet af en potentiel forskel. På denne måde definerende fænomener, der forekommer i mesoskopiske elektroniske systemer, kan studeres meget detaljeret, inklusive kvantiseret konduktans. I et par artikler offentliggjort i dag i Fysisk gennemgangsbreve og Fysisk gennemgang A , postdoc Laura Corman, tidligere ph.d. studerende Martin Lebrat og kolleger i Esslinger-gruppen rapporterer, at de i deres transporteksperimenter har mestret kontrol over kvantespin.

Holdet tilføjede en tæt fokuseret lysstråle til transportkanalen, der inducerer lokale interaktioner svarende til at udsætte atomerne for et stærkt magnetfelt. Som en konsekvens, degenerationen af ​​spintilstandene ophæves, som igen tjener som grundlag for et effektivt spin-filter:Atomer med en spin-orientering frastødes, hvorimod personer med en anden orientering er fri til at passere (se figuren). Vigtigt, selvom anvendelsen af ​​et ekstra lysfelt fører til tab af atomer, disse dissipative processer ødelægger ikke kvantiseringen af ​​konduktansen. ETH-forskerne gentager dette eksperimentelle fund i numerisk simulering og underbygger dets gyldighed gennem en udvidelse af Landauer-Büttiker-modellen, nøgleformalismen for kvantetransport.

Effektiviteten af ​​det atomare spinfilter demonstreret af Esslinger-gruppen svarer til effektiviteten af ​​de bedst ækvivalente elementer til elektroniske systemer. Det her, sammen med den ekstraordinære renhed og kontrollerbarhed af kold-atom platformen, åbner for spændende nye perspektiver for at udforske dynamikken i kvantetransport. I særdeleshed, da interaktionen mellem atomerne kan indstilles, platformen giver adgang til spintransport af stærkt korrelerede kvantesystemer. Dette regime er vanskeligt at studere ellers, men er af betydelig grundlæggende og praktisk interesse, ikke mindst til applikationer i spintroniske enheder og til at udforske grundlæggende faser af stof.