p Pesquisadores do Departamento de Teoria do MPSD têm realizado o controle de correntes térmicas e elétricas em dispositivos em nanoescala por meio de observações quânticas locais. p A medição desempenha um papel fundamental na mecânica quântica. A ilustração mais conhecida dos princípios de superposição e emaranhamento é o gato de Schrödinger. Invisível de fora, o gato reside em uma superposição coerente de dois estados, vivo e morto ao mesmo tempo.

p Por meio de uma medição, essa superposição entra em colapso para um estado concreto. O gato agora está morto ou vivo. Neste famoso experimento mental, uma medição do "gato quântico" pode ser vista como uma interação com um objeto macroscópico colapsando a superposição em um estado concreto, destruindo sua coerência.

p Em seu novo artigo publicado em npj Quantum Materials , pesquisadores do Instituto Max Planck para a Estrutura e Dinâmica da Matéria e colaboradores da Universidade do País Basco (UPV / EHU) e do Centro de Ciência de Materiais Computacionais de Bremen descobriram como um observador quântico microscópico é capaz de controlar as correntes térmicas e elétricas em dispositivos em nanoescala. A observação quântica local de um sistema pode induzir mudanças contínuas e dinâmicas em sua coerência quântica, o que permite um melhor controle das correntes de partículas e energia em sistemas em nanoescala.

p A termodinâmica clássica de desequilíbrio foi desenvolvida para entender o fluxo de partículas e energia entre múltiplos reservatórios de calor e partículas. O exemplo mais conhecido é a formulação de Clausius da segunda lei da termodinâmica, afirmando que quando dois objetos com temperaturas diferentes são colocados em contato, o calor fluirá exclusivamente do mais quente para o mais frio.

p Em objetos macroscópicos, a observação desse processo não influencia o fluxo de energia e partículas entre eles. Contudo, em dispositivos quânticos, conceitos termodinâmicos precisam ser revisitados. Quando um observador clássico mede um sistema quântico, essa interação destrói a maior parte da coerência dentro do sistema e altera sua resposta dinâmica.

p Em vez de, se um observador quântico atua apenas localmente, a coerência quântica do sistema muda continuamente e dinamicamente, proporcionando assim outro nível de controle de suas propriedades. Dependendo de quão forte e onde essas observações quânticas locais são realizadas, fenômenos de transporte quântico novos e surpreendentes surgem.

p O grupo do Prof.Dr. Angel Rubio, do Departamento de Teoria do MPSD, junto com seus colegas, demonstraram como o conceito de medidas quânticas pode oferecer novas possibilidades para um controle termodinâmico do transporte quântico (calor e partículas). Este conceito oferece possibilidades muito além daquelas obtidas usando reservatórios térmicos clássicos padrão.

p Os cientistas estudaram essa ideia em uma catraca quântica teórica. Dentro deste sistema, os lados esquerdo e direito estão conectados a banhos termais quentes e frios, respectivamente. Essa configuração força a energia a fluir do quente para o frio e as partículas a fluir no sentido horário dentro da catraca. A introdução de um observador quântico, Contudo, inverte a corrente do anel da partícula contra a direção natural da catraca - um fenômeno causado pelo estado eletrônico localizado e a interrupção da simetria do sistema.

p Além disso, a observação quântica também é capaz de inverter a direção do fluxo de calor, contradizendo a segunda lei da termodinâmica. "Esse controle de calor e corrente de partícula pode abrir a porta para diferentes estratégias para projetar dispositivos de transporte quântico com controle de direcionalidade da injeção de correntes. Pode haver aplicações em termoeletricidade, spintrônica, fotônica, e sentindo, entre outros. Esses resultados têm sido uma contribuição importante para minha tese de doutorado, "diz Robert Biele, primeiro autor do artigo.

p De um ponto de vista mais fundamental, este trabalho destaca o papel de um observador quântico. Em contraste com o gato de Schrödinger, onde o estado coerente é destruído por meio da interação com um "observador macroscópico, " aqui, introduzindo um observador quântico local, a coerência é alterada localmente e dinamicamente, permitindo que os pesquisadores sintonizem entre os estados coerentes do sistema. "Isso mostra como a termodinâmica é muito diferente no regime quântico. O paradoxo do gato de Schrödinger leva a novas forças termodinâmicas nunca vistas antes, "afirma César A. Rodríguez Rosario.

p No futuro próximo, os pesquisadores aplicarão este conceito para controlar spins para aplicações em injeção de spin e novas memórias magnéticas. Angel Rubio sugere que "O observador quântico - além de controlar a transferência de partículas e energia em nanoescala - também pode observar spins, selecione componentes individuais, e dar origem a correntes polarizadas de spin sem acoplamento spin-órbita. A observação pode ser usada para escrever uma memória magnética. "