p Isolantes condutores em suas bordas prometem aplicações tecnológicas interessantes. Contudo, até agora suas características não foram totalmente compreendidas. Os físicos da Universidade Goethe agora modelaram o que são conhecidos como isolantes topológicos com a ajuda de gases quânticos ultracold. Na edição atual de Cartas de revisão física , eles demonstram como os estados de borda podem ser detectados experimentalmente. p Imagine um disco feito de um isolante com uma borda condutora ao longo da qual uma corrente flui sempre na mesma direção. "Isso torna impossível que uma partícula quântica seja impedida, porque o estado de fluir na outra direção simplesmente não existe, "explica Bernhard Irsigler, o primeiro autor do estudo. Em outras palavras:no estado de borda, a corrente flui sem resistência. Isso poderia ser usado, por exemplo, para aumentar a estabilidade e eficiência energética dos dispositivos móveis. Também estão sendo feitas pesquisas sobre como usar isso para construir lasers mais eficientes.

p Nos últimos anos, Isolantes topológicos também têm sido produzidos em gases quânticos ultracold para melhor compreender seu comportamento. Esses gases ocorrem quando um gás normal é resfriado a temperaturas entre um milionésimo e um bilionésimo de grau acima do zero absoluto. Isso torna os gases quânticos ultracoldados os lugares mais frios do universo. Se um gás quântico ultracold também for produzido em uma rede óptica feita de luz laser, os átomos de gás se organizam tão regularmente quanto na estrutura cristalina de um sólido. Contudo, ao contrário de um sólido, muitos parâmetros podem ser variados, permitindo que estados quânticos artificiais sejam estudados.

p "Gostamos de chamá-lo de simulador quântico porque esse tipo de sistema revela muitas coisas que acontecem em sólidos. Usando gases quânticos ultracold em redes ópticas, podemos entender a física básica de isoladores topológicos, "explica o co-autor Jun-Hui Zheng.

p Uma diferença significativa entre um gás sólido e um gás quântico, Contudo, é que os gases em forma de nuvem não têm bordas definidas. Então, como um isolante topológico em um gás ultracold decide onde estão seus estados de borda? Os pesquisadores do grupo de pesquisa do professor Walter Hofstetter no Instituto de Física Teórica da Universidade Goethe respondem a essa pergunta em seu estudo. Eles modelaram uma barreira artificial entre um isolador topológico e um isolador normal. Isso representa a borda do isolador topológico ao longo do qual o estado da borda condutora se forma.

p "Demonstramos que o estado de borda é caracterizado por meio de correlações quânticas que podem ser medidas em um experimento usando um microscópio quântico de gás. Universidade de Harvard, O MIT e o Instituto Max-Planck de Óptica Quântica em Munique realizam todos esses tipos de medições, "diz Hofstetter. Um microscópio quântico de gás é um instrumento com o qual átomos individuais podem ser detectados em experimentos." Para nosso trabalho, é fundamental que levemos em consideração explicitamente a interação entre as partículas do gás quântico. Isso torna a investigação mais realista, mas também muito mais complicado. Os cálculos complexos não poderiam ser realizados sem um supercomputador. A estreita colaboração com os principais cientistas europeus no contexto da Unidade de Pesquisa DFG 'Artificial Gauge Fields and Interacting Topological Phases in Ultracold Atoms' também é de particular importância para nós, "Hofstetter acrescenta.