Uma das coisas mais inesperadas que podem ser feitas com átomos de carga neutra é usá-los para emular o comportamento fundamental dos elétrons. Ao longo dos últimos anos, o grupo de Tilman Esslinger do Instituto de Eletrônica Quântica do Departamento de Física da ETH Zurique foi o pioneiro em uma plataforma na qual átomos resfriados a temperaturas próximas do zero absoluto são transportados por meio de estruturas uni e bidimensionais, impulsionado por uma diferença de potencial. Desta maneira, definir fenômenos que ocorrem em sistemas eletrônicos mesoscópicos podem ser estudados em grande detalhe, incluindo condutância quantizada. Em um par de artigos publicados hoje em Cartas de revisão física e Revisão Física A , pós-doutoranda Laura Corman, ex-Ph.D. o estudante Martin Lebrat e colegas do grupo Esslinger relatam que dominaram em seus experimentos de transporte o controle do spin quântico.

A equipe adicionou um feixe de luz fortemente focado ao canal de transporte que induz interações locais equivalentes a expor os átomos a um forte campo magnético. Como consequência, a degeneração dos estados de spin é levantada, que por sua vez serve como base para um filtro de spin eficiente:os átomos de uma orientação de spin são repelidos, enquanto aqueles de outra orientação são livres para passar (veja a figura). Mais importante, mesmo que a aplicação de um campo de luz adicional leve à perda de átomos, esses processos dissipativos não destroem a quantização da condutância. Os pesquisadores ETH replicam este achado experimental em simulação numérica e substanciam sua validade por meio de uma extensão do modelo de Landauer-Büttiker, o formalismo chave para o transporte quântico.

A eficiência do filtro de spin atômico demonstrada pelo grupo Esslinger é compatível com a dos melhores elementos equivalentes para sistemas eletrônicos. Esse, junto com a extraordinária limpeza e controlabilidade da plataforma do átomo frio, abre novas perspectivas interessantes para explorar a dinâmica do transporte quântico. Em particular, como a interação entre os átomos pode ser ajustada, a plataforma fornece acesso ao transporte de spin de sistemas quânticos fortemente correlacionados. Este regime é difícil de estudar de outra forma, mas é de considerável interesse fundamental e prático, não menos para aplicações em dispositivos spintrônicos e para explorar fases fundamentais da matéria.