Anonim

„Możemy przetestować koncepcje dla elektroniki kwantowej”, mówi Tilman Esslinger z Institute for Quantum Electronics w Zurychu w Szwajcarii, który stworzył obiekt podobny do tranzystora z przepływających atomów i światła.

Dzięki efektom kwantowo-mechanicznym poniżej pewnej temperatury krytycznej niektóre materiały stają się nadprzewodzące: elektrony przepływają przez nie bez przeszkód ze względu na zwykły opór elektryczny. Z tego powodu nadprzewodniki mają potencjalnie wiele nowatorskich zastosowań, takich jak energooszczędne centra danych. Jednak nie wiadomo, jak najlepiej je zaprojektować do takich zastosowań.

Jednym ze sposobów lepszego zrozumienia jest zbudowanie modelu przy użyciu analogicznego procesu zwanego nadciekłością. Podobnie jak elektrony przepływające bez oporu elektrycznego, w temperaturach zbliżonych do zera absolutnego niektóre atomy zmieniają się w płynne, przepływając bez tarcia lub oporu fizycznego.

n

Esslinger i jego koledzy zastanawiali się, czy mogliby zaobserwować przejście od nieciekłego do nadciekłego i wykorzystać to jako model do badania początku nadprzewodnictwa. Robiąc to, nieumyślnie stworzyli urządzenie, które było atomowym odpowiednikiem tranzystora.

Tranzystory elektryczne składają się ze źródła i drenu, połączonych kanałem półprzewodnikowym. Napięcie przykładane przez bramę umieszczoną nad kanałem zmienia rezystancję kanału, utrudniając lub umożliwiając przepływ prądu. Bez znaczenia zespół Esslingera stworzył atomowy analog tego zjawiska za pomocą pułapki optycznej, w której krzyżujące się wiązki laserowe są wykorzystywane do zagęszczania ultrazimnych atomów.

Dzięki strategicznemu rozmieszczeniu wiązek laserowych między źródłem gazowych atomów litu ochłodzonych do zaledwie 500 nano stopni powyżej zera absolutnego a zbiornikiem, do którego mogliby spłynąć, stworzyli kanał w kształcie cygara między nimi. Wykonany w całości ze światła kanał miał 200 mikrometrów długości i 20 szerokości w najszerszym miejscu.

Jako nadciekłe atomy mogą płynąć tym kanałem, od źródła do drenu. Ale naukowcom udało się wyłączyć przepływ za pomocą kilku kolejnych laserów. Jeden świecił pośrodku cygara, co jest odpowiednikiem fizycznego uszczypnięcia przepływu atomów. Drugi laser, wiązka bramkowa, kontrolował następnie, jak mocno ten pierwszy laser ścisnął, skutecznie zamykając kanał.

Po zamknięciu ultrazimny gaz litowy gromadził się i tracił swoje właściwości nadpłynności - ale gdy kanał został ponownie otwarty, lit szybko odzyskał nadciekły, pozbawiony oporów przepływ. Ten atomowy „prąd” przypominał przełączalny prąd elektryczny w konwencjonalnym tranzystorze.

Jest mało prawdopodobne, że urządzenie pojawi się na komputerze w najbliższym czasie. Zamiast tego zespół ma nadzieję wykorzystać swój system podobny do tranzystora do symulacji nadprzewodzących urządzeń przyszłości. Ponieważ atomy są znacznie większe niż elektrony, łatwiej je obserwować.