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Los científicos JQI 'espín-órbita técnica de acoplamiento tiene aplicaciones potenciales en la computación cuántica

Published on March 4, 2011 at 4:15 AM

Físicos de la Joint Quantum Institute (JQI), una colaboración del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) y la Universidad de Maryland-College Park, tienen por primera vez, causó un gas de átomos de exhibir un importante fenómeno cuántico conocido como acoplamiento spin-órbita.

Su técnica abre nuevas posibilidades para estudiar y comprender mejor la física fundamental y tiene potenciales aplicaciones para la computación cuántica, la próxima generación "espintrónica" dispositivos e incluso "atomtronic" dispositivos construidos a partir de átomos ultra-fríos.

En un gas ultrafríos de cerca de 200.000 átomos de rubidio-87 (que se muestra como las jorobas de gran tamaño) de los átomos pueden ocupar uno de los dos niveles de energía (representado como rojo y azul), los láseres se unen estos niveles en función del movimiento de los átomos. En los primeros átomos en los estados de energía de color rojo y azul, ocupan la misma región (fase mixta), entonces en los puntos fuertes de láser más alto, se separan en diferentes regiones (fase separada).

En la demostración de los investigadores del acoplamiento spin-órbita, dos láseres permiten el movimiento de un átomo para darle la vuelta entre un par de estados de energía. El nuevo trabajo, publicado en la revista Nature, demuestra este efecto, por primera vez en los bosones, que constituyen una de las dos principales clases de partículas. La misma técnica se podría aplicar a los fermiones, el otro grupo importante de partículas, según los investigadores. Las propiedades especiales de los fermiones que los hacen ideales para el estudio de nuevos tipos de interacciones entre las dos partículas, por ejemplo las que llevan a la novela "onda P" la superconductividad, que permitan una forma tan buscada de la computación cuántica se conoce como computación cuántica topológica.

En un acontecimiento inesperado, el equipo también descubrió que los rayos láser modificada que los átomos interactuaban unos con otros átomos y causado en un estado de energía para separar en el espacio de los átomos en el estado de energía.

Uno de los fenómenos más importantes de la física cuántica, acoplamiento spin-órbita describe la interacción que puede producirse entre las propiedades internas de una partícula y sus propiedades externas. En los átomos, por lo general describe las interacciones que sólo se producen dentro de un átomo: cómo la órbita de un electrón alrededor del núcleo de un átomo (núcleo) afecta a la orientación de las internas del electrón barra de imán-como "spin". En materiales semiconductores como el arseniuro de galio, acoplamiento spin-órbita es una interacción entre el spin de un electrón y su movimiento lineal de un material.

"Acoplamiento spin-órbita suele ser una mala cosa", dijo Ian JQI de Spielman, autor principal del artículo. "Los investigadores que" espintrónica "dispositivos de arseniuro de galio, y si usted se ha preparado un giro en una orientación deseada, la última cosa que querría que hacer es dar la vuelta a algunos spin otros cuando se está moviendo."

"Pero desde el punto de vista de la física fundamental, acoplamiento spin-órbita es muy interesante", dijo. "Es lo que impulsa a estos nuevos tipos de materiales llamados" aislantes topológicos. "

Uno de los temas más candentes en la física en este momento, aislantes topológicos son materiales especiales en las que la ubicación lo es todo: la capacidad de los electrones a fluir depende de dónde se encuentren dentro del material. La mayoría de las regiones de un material aislante son, y la corriente eléctrica no fluye libremente. Pero en un plano de dos dimensiones aislante topológico, la corriente puede fluir libremente a lo largo de la orilla en una dirección para un tipo de giro, y la dirección opuesta de la clase opuesta de giro. En 3-D aislantes topológicos, los electrones que fluyen libremente en la superficie, pero se inhibe en el interior del material. Aunque los investigadores han estado haciendo más y más versiones de calidad de esta clase especial de material en los sólidos, acoplamiento spin-órbita en atrapados los gases ultrafríos de átomos podrían ayudar a realizar aislantes topológicos en el más puro de los casos, la forma más prístina, como los gases están libres de los átomos de impurezas y la complejidad de otros materiales sólidos.

Por lo general, los átomos no presentan el mismo tipo de acoplamiento spin-órbita de electrones exhiben en los cristales de arseniuro de galio. Mientras que cada átomo tiene su propio spin-órbita de acoplamiento en marcha entre sus componentes internos (electrones y el núcleo), el movimiento general de los átomos en general, no se ve afectada por su estado de energía interna.

Last Update: 12. October 2011 02:55

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