Gli scienziati possono ora scolpire gli stati quantistici di minuscole particelle a loro piacimento: una rivoluzione strana ma strabiliante che porta advert alcune invenzioni affascinanti. E l’ultimo della rivoluzione è uno strano dispositivo le cui proprietà quantistiche potrebbero affrontare le sfide più difficili nella tecnologia delle comunicazioni.
Il dispositivo, descritto in un recente Lettere di revisione fisica carta, genera fononi, una descrizione quantomeccanica delle vibrazioni in un materiale, simile a come i fotoni sono onde luminose quantizzate. In genere, i fononi esistono in un combine caotico e intricato che li rende difficili da prevedere e controllare per gli scienziati. Tuttavia, il workforce ha progettato il dispositivo per funzionare a temperature estremamente fredde per mettere in evidenza gli effetti quantistici, offrendo ai ricercatori un nuovo percorso per controllare queste vivaci particelle.
“I fononi sono difficili da generare e sfruttare in modo controllato, quindi stiamo esplorando nuovi regimi”, ha detto in una conferenza stampa Michael Hilke, coautore dello studio e fisico della McGill College in Canada. dichiarazione. “A livello generale, si tratta di come la corrente elettrica e l’energia si muovono e vengono convertite all’interno di materiali elettronici avanzati”.
Il suono dei quanti
I fononi appartengono a una categoria di fenomeni quantistici chiamati quasiparticelle. Questo concetto si riferisce a un gruppo di particelle che si comportano collettivamente, tanto che ha senso vederle come un’unica entità. Secondo un Spiegatore del MITun fonone è una “parola di fantasia” per una particella di calore, nel senso che il calore che si diffonde attraverso un materiale rappresenta il movimento o la vibrazione di atomi e molecole. Le frequenze più basse corrispondono al suono e queste vibrazioni devono essere un multiplo delle quantità fondamentali di energia – quanti – proporzionali alla frequenza.
Tuttavia, i fononi di numerous lunghezze d’onda possono mescolarsi e mescolarsi per raggiungere nuove lunghezze d’onda, a differenza dei fotoni, che non interagiscono affatto, rendendo difficile lavorare con i fononi. Knowledge la loro stretta connessione con la dissipazione del calore, tuttavia, i fisici hanno cercato di trovare un modo praticabile per inserirli nelle tecnologie quantistiche.
“In alcuni casi, si vuole una forte conduzione dei fononi, e in altri casi si vuole ridurre la loro propagazione”, ha spiegato nella spiegazione del MIT Gang Chen, un ingegnere del MIT che non è stato coinvolto nel nuovo lavoro. “A volte sono bravi ragazzi, a volte sono cattivi.”
Congelato per obbedire
Per superare queste sfide, i ricercatori dietro il nuovo studio hanno portato le cose all’estremo. Hanno raffreddato i dispositivi a temperature comprese tra circa -459 e -452 gradi Fahrenheit (-272 e -269 gradi Celsius) – quindi appena sopra lo zero assoluto – per forzare le particelle, in questo caso gli elettroni, a comportarsi in modo più prevedibile.
Gli elettroni sono stati intrappolati all’interno di un canale con un’space spessa solo pochi atomi, quindi posizionati all’interno di uno strato cristallino bidimensionale. Quando una corrente elettrica passa attraverso il cristallo, gli elettroni vengono essenzialmente guidati attraverso il canale, rilasciando energia quando esplodono vibrazioni simili a suoni: i fononi. Ancora più importante, queste vibrazioni sono emerse in modelli prevedibili e sintonizzabili che i ricercatori potevano manipolare.
“Alla temperatura dello zero assoluto – cioè nel mondo della fisica quantistica – non viene creato alcun suono a meno che gli elettroni non viaggino collettivamente alla velocità del suono o superiore”, ha detto Hilke. “Il nostro studio [shows] che le teorie esistenti devono essere rivalutate considerando che gli elettroni possono essere molto caldi anche se la temperatura del cristallo ospite è vicina allo zero assoluto”.
Dove la luce vacilla
Sebbene impressionante, il dispositivo ha un ostacolo importante, in qualche modo ovvio, da superare. A partire da ora, affinché il dispositivo funzioni correttamente, sono necessarie temperature estremamente fredde. Inutile dire che queste condizioni non sono facilmente replicabili al di fuori dei laboratori di ricerca. Questo è qualcosa che il workforce riconosce e, nella dichiarazione, Hilke ha osservato che i ricercatori stavano esplorando se altri materiali potessero migliorare le prestazioni del dispositivo.
Tuttavia, l’concept di fononi controllabili è attraente quando si immagina la prossima generazione di tecnologia, in particolare nelle comunicazioni. Advert esempio, i segnali sonori sono più versatili rispetto alle fonti luminose come le onde elettromagnetiche e le correnti elettriche in ambienti specifici, come le profondità subacquee e persino all’interno del corpo umano, ha affermato Hilke.
Quindi il dispositivo potrebbe avere ancora molta strada da fare, ma se riuscirà a superare i check di validità e praticità, rappresenterà davvero una svolta nella tecnologia delle comunicazioni. Potrebbe essere un grande “se”, ma chi lo sa? La rivoluzione quantistica ha già portato alcuni progressi davvero improbabili.
