Секрет группы к лучшему пониманию электронных взаимодействий заключается в управлении массивами холодных атомов стронция (Sr) внутри кристалла, состоящего из света или оптической решетки, в основе атомных часов группы Ye на Sr-решетке. Атомные часы группы Йе должны быть идеальным симулятором сложных квантовых взаимодействий, связанных с потоком электронов в металлах.
Сами металлы слишком сложны и «запутаны» для понимания новых квантовых взаимодействий и их эффектов.Новая теория, объясняющая поток электронов, использует способность лазеров связывать спин и скорость атомов, тем самым создавая «спин-орбитальную» связь. Спин-орбитальная связь возникает в таких материалах, как металлы, где электроны (имеющие спин) естественным образом движутся через кристаллы положительно заряженных атомов.
В часах Sr-решетки два состояния атомных часов играют роль электронов в состоянии со спином вверх или вниз. Движение атомов Sr через кристалл света имитирует поток электронов в металлах.В этой работе научные сотрудники Леонид Исаев и Йоханнес Шахенмайер, а также научный сотрудник Ана Мария Рей исследуют, как изменяется поведение атомов Sr, когда атомы больше не являются независимыми, а скорее взаимодействуют друг с другом. Новая теория предсказывает, что состояние холодных атомов Sr может измениться от изолятора, где атомы вообще не движутся, до квантового металла с подвижными взаимодействующими атомами Sr.
Переход из изолирующего состояния в квантовый металл — это просто вопрос управления интенсивностью лазера, ответственного за спин-орбитальную связь.Спин-орбитальная связь — лишь один из трех ключевых ингредиентов для создания экзотического металлического состояния с атомами Sr.
Два других ингредиента — атомный спин и сильные межатомные взаимодействия. Вот как все три работают вместе: спин-орбитальная связь, создаваемая лазером, создает ландшафт энергетических барьеров, которые останавливают любое движение атомов.
Однако, когда интенсивность лазера «в самый раз», атомы снова начинают двигаться, создавая «массовый» ток.В то же время спиновый ток генерируется, когда пары атомов в различных спиновых конфигурациях находятся в суперпозиции1. В суперпозиции атомы могут обмениваться спинами со своими партнерами, вызывая спиновый ток.
Это явление чувствительно даже к малейшим изменениям интенсивности лазерного излучения, что дает исследователям возможность полностью контролировать процесс. Эта способность создавать спиновой транспорт и управлять им может быть ключевым ингредиентом в развитии спинтроники.
Все, что осталось сделать, это проверить, работает ли эта теория в реальных экспериментах. В лабораториях Ye уже предпринимаются попытки сделать это.
Результаты ожидаются в ближайшее время.