(Phys.org) - Een team van de Harvard University heeft een manier gevonden om een ​​Fermi-Hubbard-antiferromagneet met koude atomen te maken, wat nieuw inzicht biedt in hoe elektronen zich in vaste stoffen gedragen. In hun artikel gepubliceerd in het tijdschrift Natuur , de groep beschrijft hun experimenten, een nieuwe tool die ze ontwikkelden, en wat ze denken te hebben aangetoond met behulp van koude atomen in optische roosters bij het verkennen van het Fermi-Hubbard-model. Thierry Giamarchi van de Universiteit van Genève biedt een News &Views-artikel over het werk van het team en biedt achtergrondinformatie over het Fermi-Hubbard-model, inclusief een uitleg waarom het simuleren van het model zo belangrijk is.

Terwijl wetenschappers blijven zoeken naar supergeleiding bij kamertemperatuur, ze bevorderen het begrip van elektronengedrag in vaste stoffen - met name de manier waarop kwantummechanische interacties werken met betrekking tot elektronische eigenschappen. Het is gebleken dat het berekenen van dergelijke interacties de huidige mogelijkheden te boven gaat, dus hebben wetenschappers modellen ontwikkeld die in plaats daarvan kunnen worden berekend. Een van deze, het Fermi-Hubbard-model, is gebaseerd op Fermi-Dirac-deeltjes die tussen punten op een rooster springen. Helaas, ondanks zijn eenvoud, berekeningen voor het model kunnen alleen worden gemaakt voor eendimensionale roosterpunten.

Om het model te gebruiken om supergeleiders te ontwikkelen, 2D-berekeningen zijn vereist. Door deze beperking, sommige wetenschappers hebben geprobeerd een fysieke entiteit te creëren om een ​​Fermi-Hubbard-model te simuleren. In deze nieuwe poging de onderzoekers hebben zo'n fysieke entiteit gecreëerd, en daarbij, dichter bij het bereiken van het Fermi-Hubbard-model zijn gekomen dan andere pogingen. Ze hebben dit gedaan door twee grote problemen op te lossen die andere teams in de weg stonden:het bereiken van voldoende lage temperaturen, en het oplossen van problemen met de representatie van dichtheid.

De onderzoekers creëerden een rooster met behulp van lasers en sloten vervolgens lithium-6-atomen in de putten. Vervolgens voegden ze een nieuwe functie toe om het systeem te koelen door het rooster te omringen met andere atomen die als koelmiddel dienden. Om de dichtheidsproblemen op te lossen, ze ontwikkelden wat ze omschrijven als een "fermionische microscoop" om punten op het rooster te volgen. Na het vullen van het rooster met atomen, de groep meldt dat het hele schema zich gedroeg als een antiferromagnetische isolator. Ze suggereren dat hun creatie kan worden gebruikt om een ​​breed scala aan natuurkundige problemen te bestuderen, en mogelijk om te helpen bij het zoeken naar een supergeleider voor hoge temperaturen.

© 2017 Fys.org