Investigación de nuevos materiales con átomos ultrafríos

La investigación de materiales complejos, tales como los superconductores a altas temperaturas, son problemáticos debido a la presencia de desorden y muchas interacciones en materiales reales cristalinos. Esto hace que sea difícil de determinar el papel específico de las interacciones y, en particular, para decidir si las interacciones repulsivas entre los electrones pueden explicar por sí solo la superconductividad de alta temperatura.

Los átomos en un entramado óptico pueden servir como simuladores cuánticos de muchos fenómenos interesantes como la que se ha descrito anteriormente. Ello ofrece un modelo muy flexible en un sistema limpio y bien controlado por el medio ambiente y que, por ejemplo, puede simular los electrones en estados sólidos, la llamada materia condensada. En su técnica, se introduce físicamente los átomos ultrafríos en un cristal utilizando una estructura de celosía y óptica selectiva, cambiando a raíz de este sistema entre los estados metálicos y de aislamiento.

Los físicos e ingenieros han logrado una simulación de uno de los más dramáticos fenómenos electrónicos con la ayuda de este simulador cuántico; cuando las interacciones entre los electrones se vuelven demasiado fuerte, un metal puede de repente convertirse en aislante. El resultado llamado “aislante Mott” es probablemente el más importante ejemplo de un estado de fuerte interacción electrónica en la física de la materia condensada, ya que es un punto de partida para la investigación del magnetismo cuántico. Además, la superconductividad de alta temperatura se encuentra al surgir en las proximidades de este aislante.

La configuración experimental realizada en Mainz (Alemania), permite que la densidad de los átomos y la fuerza repulsiva de la interacción entre estos estar sintonizadas con independencia unas de otras. Al investigar el comportamiento de los átomos en virtud de la compresión y el aumento de las interacciones experimentadas y dirigidas por el Profesor Immanuel Bloch de la Universidad Johannes Gutenberg de Maguncia han sido capaces de detectar el “aislante Mott” en el gas cuántico de los átomos.

Una comparación con cálculos teóricos de los grupos en Jülich y Colonia, que exigen extensas simulaciones en la “supercomputadora Jülich”, se tradujo en un excelente acuerdo entre teoría y experimento. Además, los investigadores demostraron que a través de estos cálculos en uno de los principales métodos de la teoría de la materia condensada, conocido por la abreviatura DMFT (Dinámica de Significado en Teorías de Campos), también es aplicable a los sistemas reales.

Más información: Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren