Em um potencial periódico unidimensional, representado pelos dentes e entalhes de uma barra Toblerone, não há fluxo livre de elétrons se exatamente dois deles (retratados aqui como pares de ursinhos de goma) ocupam cada entalhe, devido ao princípio de exclusão de Pauli. Surpreendentemente, um comportamento de isolamento semelhante pode ser observado com átomos fermiônicos ultracold que se atraem fortemente, formando assim um líquido denominado Luther-Emery. Crédito:Grupo Esslinger / ETH Zurique
O comportamento dos elétrons em um material é normalmente difícil de prever. Uma nova percepção vem agora de experimentos e simulações realizadas por uma equipe liderada por físicos da ETH que estudaram propriedades de transporte eletrônico em um fio quântico unidimensional contendo uma rede mesoscópica.
Se um material é, por exemplo, um metal ou isolante depende de uma série de detalhes microscópicos, incluindo a força das interações entre os elétrons, a presença de impurezas e o número de dimensões através das quais os portadores de carga podem se propagar. Essa complexidade torna a previsão de propriedades eletrônicas em sistemas de estado sólido altamente desafiadora. Compreender o comportamento dos elétrons em um material se torna ainda mais difícil quando eles se movem através de um potencial periódico, por exemplo, em um cristal. Então, fenômenos como superfluidez, que está associada a uma grande condutância, pode competir com os efeitos de interferência que transformam o material em um isolante.
Martin Lebrat, juntamente com colegas do grupo de Tilman Esslinger no Instituto de Eletrônica Quântica da ETH Zurique e colaboradores da Universidade de Genebra e da École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) agora resolveram o problema realizando experimentos em um material artificial perfeitamente limpo que eles podem controlar com grande precisão e flexibilidade. Conforme relatam em um artigo publicado em Revisão Física X , eles usaram luz laser para criar estruturas curtas de rede unidimensional conectadas a dois reservatórios de átomos ultracold de lítio-6. Nesta configuração, eles podem medir a condutância do fio enquanto têm controle requintado sobre todos os parâmetros relevantes, incluindo o comprimento e a altura da rede e as interações entre as partículas sendo transportadas através dela.
Em seus experimentos, eles observaram o surgimento de uma fase de isolamento de banda com interações fracas. Quando eles ajustaram as interações de fraca a fortemente atraente, eles descobriram que este estado de isolamento persiste, insinuando a presença de um chamado líquido Luther-Emery, uma fase original prevista em 1974 e que se distingue pelo caráter unidimensional da estrutura.
Os átomos são moldados em um fio usando luz laser. Seu fluxo pode ser influenciado pela projeção de um número variável de obstáculos de luz focados no fio com uma objetiva de microscópio. Crédito:Grupo Esslinger / ETH Zurique
O trabalho experimental é suportado por simulações, e, tomados em conjunto, esses resultados demonstram o controle simultâneo de interações e interferências quânticas em dispositivos de átomos frios. Isso deve ser interessante não apenas para explorar o comportamento dos elétrons que se movem através dos materiais; a flexibilidade proporcionada pela abordagem de Lebrat e colaboradores também significa que eles podem projetar estruturas complexas com novas funcionalidades que não estão disponíveis em sistemas eletrônicos.
