Een van de meer onverwachte dingen die gedaan kunnen worden met ladingsneutrale atomen is ze te gebruiken om het fundamentele gedrag van elektronen na te bootsen. De afgelopen jaren is de groep van Tilman Esslinger aan het Institute of Quantum Electronics in de afdeling Fysica van ETH Zürich heeft een pioniersrol vervuld bij een platform waarin atomen die zijn afgekoeld tot temperaturen dichtbij het absolute nulpunt worden getransporteerd door een- en tweedimensionale structuren, gedreven door een potentiaalverschil. Op deze manier, definiërende verschijnselen die optreden in mesoscopische elektronische systemen kunnen tot in detail worden bestudeerd, inclusief gekwantiseerde geleiding. In een paar artikelen die vandaag zijn gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven en Fysieke beoordeling A , postdoc Laura Corman, voormalig Ph.D. student Martin Lebrat en collega's van de Esslinger-groep melden dat ze in hun transportexperimenten de controle over kwantumspin onder de knie hebben.

Het team voegde een strak gefocuste lichtstraal toe aan het transportkanaal die lokale interacties induceert die vergelijkbaar zijn met het blootstellen van de atomen aan een sterk magnetisch veld. Als gevolg hiervan, de degeneratie van de spintoestanden wordt opgeheven, die op zijn beurt dient als basis voor een efficiënt spinfilter:Atomen met één spinoriëntatie worden afgestoten, terwijl die van een andere oriëntatie vrij zijn om te passeren (zie de afbeelding). belangrijk, ook al leidt de toepassing van een extra lichtveld tot het verlies van atomen, deze dissipatieve processen vernietigen de kwantisering van de conductantie niet. De ETH-onderzoekers repliceren deze experimentele bevinding in numerieke simulatie en onderbouwen de geldigheid ervan door een uitbreiding van het Landauer-Büttiker-model, het belangrijkste formalisme voor kwantumtransport.

De efficiëntie van het atomaire spinfilter, aangetoond door de Esslinger-groep, komt overeen met die van de beste equivalente elementen voor elektronische systemen. Dit, samen met de buitengewone reinheid en beheersbaarheid van het cold-atom-platform, opent spannende nieuwe perspectieven voor het verkennen van de dynamiek van kwantumtransport. Vooral, omdat de interactie tussen de atomen kan worden afgestemd, het platform biedt toegang tot spintransport van sterk gecorreleerde kwantumsystemen. Dit regime is anders moeilijk te bestuderen, maar is van groot fundamenteel en praktisch belang, niet in de laatste plaats voor toepassingen in spintronische apparaten en om fundamentele fasen van materie te verkennen.