La Comprensión del transporte de electrones en nanostructures y moléculas biológicas es crucial a las propiedades de comprensión tales como conductividad eléctrica o el comportamiento bioquímico de moléculas. Sin Embargo, la determinación de si los electrones se están comportando según las leyes clásicas del movimiento o del régimen mecánico del quantum en el nanoscale es desafiadora porque muchos nanostructures bajan en un área gris entre ambos regímenes. Los Investigadores del Instituto Avance RIKEN de la Ciencia en Wako, con los colegas de Alemania y de Taiwán, ahora han ideado un conjunto de las ecuaciones matemáticas que pueden distinguir clásico del comportamiento mecánico del quantum de electrones en nanostructures.
En una escala macroscópica, los objetos siguen las leyes del movimiento clásicas. El Golf o las bolas de billar, por ejemplo, seguirá los caminos exactos, fiables. En una escala microscópica, los objetos tales como electrones se mueven según las leyes de la mecánica cuántica, donde los procesos ocurren de una manera de probabilidad. La Medición de las propiedades de los sistemas mecánicos del quantum, sin embargo, es desafiadora.
“En los sistemas microscópicos, es muy difícil realizar mediciones ideales sin perturbar el sistema,” explica a Neill Lamberto del equipo de investigación. Por consiguiente, las mediciones en sistemas mecánicos del quantum son difíciles de distinguir de mediciones invasores en sistemas clásicos, dicen a Franco Nori de RIKEN y de la Universidad de Michigan, que llevaron al equipo de investigación. “Es importante sentirse confiado que los resultados experimentales no están originando de un efecto clásico, dando una impresión falsa del comportamiento del quantum.”
Como sistema modelo, los investigadores eligieron el transporte de electrones a través de los pedazos vanishingly pequeños de materia conocidos como puntos del quantum. “Incluso la medición del paso actual a través de un punto del quantum representa una medición invasor del sistema,” las notas de Lamberto. Para determinar efectos de quantum, él y sus colegas desarrollaron un conjunto de consideraciones expresadas como lazo matemático de la desigualdad para los datos experimentales de estos puntos del quantum. Cualquier exceso sobre un umbral crítico en la fórmula por un parámetro representa un señal sin obstrucción del comportamiento del quantum. En sus simulaciones los investigadores encontraron varios regímenes en las bajas temperaturas donde los efectos de quantum en la dinámica de electrones en los puntos del quantum deben ocurrir.
La relación de la desigualdad derivada por los investigadores se basa en principios fundamentales y por lo tanto se aplica no sólo al transporte de electrones a través de puntos del quantum, pero también a muchos sistemas de transporte abiertos, microscópicos del electrón, dice Nori. Él cree que pronto será más fácil determinar si los electrones en nanostructures siguen las reglas de mecánica cuántica o toman la ruta clásica de sus contrapartes de la billar-bola.