20 de enero de 2021 (Noticias de Nanowerk) Los procesos de transporte son de naturaleza ubicua, pero aún plantean muchas preguntas. El equipo de investigación que rodea a Florian Meinert, del 5º Instituto de Física de la Universidad de Stuttgart, ha desarrollado un nuevo método que les permite observar una sola partícula cargada en su camino a través de una densa nube de átomos ultrafríos. Los resultados fueron publicados en Physical Review Letters ("Transporte de un único ion frío sumergido en un condensado de Bose-Einstein") y están sujetos a un Punto de vista de la revista de divulgación científica adjunta Física ("Seguimiento de un solo ión en un gas ultrafrío").
Visualización artística de la trayectoria de un ión cargado positivamente (amarillo) a través del BEC (verde). (Imagen: Celina Brandes, Universidad de Stuttgart) El equipo de Meinert utiliza un condensado de Bose Einstein (BEC) para sus experimentos. Este exótico estado de la materia consiste en una densa nube de átomos ultrafríos. Mediante una sofisticada excitación láser, los investigadores crean un solo átomo de Rydberg dentro del gas. En este átomo gigante, el electrón está mil veces más lejos del núcleo que en el estado fundamental y, por lo tanto, está unido muy débilmente al núcleo.
Con una secuencia especialmente diseñada de pulsos de campo eléctrico, los investigadores arrebatan el electrón al átomo. El antiguo átomo neutro se convierte en un ion cargado positivamente que permanece casi en reposo a pesar del proceso de desprendimiento del electrón.
En un siguiente paso, los investigadores utilizan campos eléctricos precisos para tirar del ión de forma controlada a través de la densa nube de átomos en el BEC. El ion toma velocidad en el campo eléctrico, choca en su camino con otros átomos, se ralentiza y es acelerado nuevamente por el campo eléctrico.
La interacción entre aceleración y desaceleración por colisiones conduce a un movimiento constante del ion a través del BEC.
“Este nuevo enfoque nos permite medir la movilidad de un solo ion en un condensado de Bose Einstein por primera vez”, se complace Thomas Dieterle, estudiante de doctorado en el experimento.
El próximo objetivo de los investigadores es observar colisiones entre un solo ión y átomos a temperaturas aún más bajas, donde la mecánica cuántica en lugar de la mecánica clásica dicta los procesos.
“En el futuro, nuestro sistema modelo recién creado, el transporte de un solo ion, permitirá una mejor comprensión de los procesos de transporte más complejos que son relevantes en los sistemas de muchos cuerpos, por ejemplo en ciertos sólidos o en superconductores ”, está seguro Meinert.
Estas mediciones también son un paso importante en el camino para investigar cuasi-partículas exóticas, las llamadas polarones, que pueden surgir a través de la interacción entre átomos e iones.
El laboratorio vecino del instituto ya trabaja en un microscopio de iones que permitirá observar directamente las colisiones entre átomos e iones. Mientras que un microscopio electrónico utiliza partículas cargadas negativamente para crear una imagen, esto es lo que sucede en un microscopio de iones con iones cargados positivamente. Las lentes electrostáticas desvían los iones de forma similar a los rayos de luz en un microscopio óptico clásico.
El trabajo fue creado en el Centro de Ciencia y Tecnología Cuánticas Integradas IQST, un consorcio de las universidades de Stuttgart y Ulm y el Instituto Max Planck para la Investigación del Estado Sólido en Stuttgart. El objetivo del centro es promover sinergias entre la física y las ciencias naturales y de la ingeniería relacionadas y representar la ciencia cuántica desde lo básico hasta las aplicaciones tecnológicas.
Fuente: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=57061.php
