Investigadores de La Fundición Molecular del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore El Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley descubrió que las fases cuánticas de baja temperatura en las redes cristalinas hacen que los excitones de las cuasipartículas se muevan incluso en condiciones en las que se esperaba que cualquier movimiento fuera imposible.
Este descubrimiento se suma a los conocimientos fundamentales en el campo de la ciencia de los materiales y puede ayudar a mejorar la estabilidad de las tecnologías cuánticas, incluyendo el uso de excitones como qubits. Al apilar y girar ligeramente dos imágenes con la misma forma, como cuadrados o triángulos, se creará un patrón de muaré. Será mayor una imagen ondulada que parece crear ondulaciones en la superficie. Este efecto óptico se consigue simple repetición y alineación.
Un efecto similar se produce en las nanoestructuras cuando los investigadores imponen unos encima de otros capas ultrafinas de semiconductores llamados dicalcogenuros de metales de transición, no más gruesas que un átomo. Esta superposición crea lo que los científicos denominan potencial de muaré. Se trata de regiones de energía repetitiva con protuberancias y depresiones entre capas de materiales. Estos patrones pueden causar problemas electrónicos y ópticos inusuales comportamiento de las partículas cuánticas.
Hasta hace poco, los científicos creían que estos potenciales de muaré no podían moverse. Sin embargo, investigadores del Molecular Foundry ha descubierto que las capas superpuestas de dicalcogenuros de metales de transición se mueven incluso a temperaturas extremadamente bajas
Este descubrimiento es prometedor porque la gestión de los potenciales de muaré puede ayudar a mitigar la decoherencia en qubits y sensores. La decoherencia se produce cuando el estado cuántico y la información sobre él se pierden debido a las interferencias.
La excitación de las capas de estos materiales ultrafinos con un láser verde pulsado hace que los electrones entren en un estado excitado. Los electrones dejan tras de sí un espacio libre con carga positiva. Esto crea un par electrón-vacante — excitón.
Normalmente, los excitones se forman en materiales de una sola capa. Sin embargo, en los sistemas de dos capas, los excitones se separan. Los electrones se mueven hacia la capa de disulfuro de wolframio, mientras que los sitios libres cargados positivamente permanecen en la capa de diseleniuro de wolframio.
Los científicos llaman a estos excitones especiales que saltan a través de las capas «excitones entre capas» o IX. Según el líder del estudio, el investigador de Molecular Foundry Antonio Rossi, cabría esperar que estas zonas de muaré actuaran como trampas para los excitones que quedan atrapados allí, No pueden salirSin embargo, los investigadores observaron que estos excitones oscilaban en las estructuras de muaré a pesar de estar bloqueados en ellas.
«Se necesita muy poca energía para que este potencial de muaré se mueva, por lo que el muaré se mueve de la misma forma que un mar embravecido. Hemos demostrado que, incluso a temperaturas muy bajas, la energía y la información no están localizadas como cabría esperar Hay distintas formas de transportar energía e información a diferentes temperaturas. Esta es una nueva forma de hacerlo», — explican los investigadores.
Para poder observar excitones en movimiento, Johannes Lieschner e Indrajit Maithi, del Imperial College de Londres, utilizaron simulaciones para obtener instantáneas del potencial de muaré. Basándose en los resultados de sus observaciones, los investigadores llegaron a una única conclusión: el propio potencial de muaré debe estar en movimiento
Los científicos creen que unas cuasipartículas de baja temperatura denominadas fases permiten que los excitones entre capas se muevan incluso cuando están bloqueados. Las fases son cuanto de energía en el centro de la red cristalina, que tiene su propio momento y posición, y en general se comporta como una partícula.
Antonio Rossi y sus colegas descubrieron que el movimiento de los excitones entre capas en un potencial de muaré depende del ángulo y la temperatura. En concreto, realizan el máximo movimiento cuando las capas de los dicalcogenuros de metales de transición son paralelas. Cuando la temperatura del sistema se aproxima a cero, el movimiento de los excitones entre capas también se aproxima gradualmente a cero, pero no se detiene por completo.
Fuente: SciTechDaily
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