Um estudo FLEET de gases atômicos ultracold - um bilionésimo da temperatura do espaço sideral - revelou novos, efeitos quânticos fundamentais. Os pesquisadores da Swinburne University of Technology estudaram oscilações coletivas em gases atômicos ultracold, identificar onde os efeitos quânticos ocorrem para quebrar simetrias previstas pela física clássica. Eles também observaram a transição entre o comportamento bidimensional (2-D) e o comportamento tridimensional (3-D).

"Descobertas fundamentais feitas a partir de tais observações informarão a busca da FLEET por condução eletrônica sem dissipação de energia desperdiçada, "explicou o autor do estudo, Professor Chris Vale.

Os materiais bidimensionais exibem muitas novas propriedades físicas e são profundamente estudados para seus usos potenciais - por exemplo, em eletrônica de ultra-baixa energia. Contudo, Correlações fortes e imperfeições nos materiais 2-D tornam-nos difíceis de entender teoricamente. Gases quânticos de átomos neutros ultrafrios ajudarão a desbloquear a física fundamental dos materiais 2-D, bem como descobrir novos fenômenos que não são facilmente acessíveis em outros sistemas.

Os experimentos realizados em gases quânticos de átomos neutros ultrafrios aumentam a compreensão das transições de fase e os efeitos das interações entre as partículas. Esta habilidade melhorada, compreensão e controle das transições de fase terão uma aplicação direta no desenvolvimento da FLEET de futura baixa energia, eletrônica de base topológica.

As simetrias são um ingrediente essencial na formulação de muitas teorias da física, permitindo descrições simplificadas ao identificar quais fatores não modificam as propriedades físicas subjacentes de um sistema. Por exemplo, em um sistema invariante de escala, mudar as distâncias entre as partículas não altera o comportamento de um material, mas apenas o dimensiona por um fator apropriado. Gases de átomos ultracold confinados a um plano bidimensional permitiram aos pesquisadores explorar regimes onde essa simetria de escala pode ser quebrada por efeitos quânticos.

Os pesquisadores estudaram um gás Fermi 2-D de forte interação de átomos de lítio-6, medir a frequência de uma oscilação radial conhecida como modo respiratório, cuja frequência é definida pela compressibilidade do gás, e é uma janela para a equação de estado termodinâmica. O estudo confirmou que a simetria de escala é quebrada na presença de fortes interações entre as partículas, afetando a relação termodinâmica entre a pressão e a densidade. Isso é chamado de anomalia quântica, que ocorre quando uma simetria que está presente em uma teoria clássica é quebrada na teoria quântica correspondente.

As medições da frequência do modo respiratório também permitiram aos pesquisadores mapear a evolução da equação de estado termodinâmica entre os limites 2-D e 3-D, mostrando que o comportamento 2-D estrito é encontrado apenas em uma região muito limitada do espaço de parâmetro. O estudo, "Quantum Anomaly and 2-D-3-D Crossover in Strongly Interacting Fermi Gases, "foi publicado hoje em Cartas de revisão física .

Dentro da FLEET, Chris Vale estuda fenômenos topológicos em gases 2-D de átomos fermiônicos ultracold, investigando implementações de átomos frios da superfluidez topológica de Floquet, aprimoramentos de não-equilíbrio para a temperatura crítica supercondutora e novas formas de matéria topológica com base no acoplamento spin-órbita induzido opticamente em gases atômicos 2-D, no Tema de Pesquisa 3. O tema de pesquisa 3 da FLEET estuda sistemas que são temporariamente levados para fora do equilíbrio térmico para investigar a física qualitativamente diferente exibida e novas capacidades para controlar dinamicamente seu comportamento.

A Vale lidera o estudo de gases quânticos na Swinburne University of Technology. Nessas coleções de átomos resfriados a apenas 100 nanoKelvins acima do zero absoluto, comportamentos que geralmente são encontrados apenas no nível microscópico tornam-se proeminentes no nível macroscópico. O estudo da equipe de gases Fermi confinados a 2-D testa novos paradigmas para transporte sem dissipação em matéria quântica topológica e fora de equilíbrio sintetizada a partir de átomos ultracold.