I ett klassiskt termodynamiskt system, värmeström strömmar från den varmare kroppen till den kallare, eller elektricitet från den högre spänningen till den lägre. Samma sak händer i kvantsystem, men detta tillstånd kan ändras, och flödet av energi och partiklar kan vändas om en kvantobservatör sätts in i systemet.

Detta är det viktigaste resultatet som gruppen erhållit av professor Ángel Rubio vid UPV/EHU och Max Planck Institute PMSD, tillsammans med medarbetare vid BCCMS -centret i Bremen. Deras studie har publicerats i npj Quantum Materials .

I makroskopiska föremål som en ström av vatten, att observera strömmen påverkar inte vattnets flöde och, i enlighet med lagarna i klassisk termodynamik, detta flöde skulle ske från den övre till den nedre delen av systemet. Dock, i kvantsystem, "observationsprocessen förändrar systemets tillstånd, och detta gör det mer troligt att strömmen kommer att få flöda i en eller annan riktning, "säger Ángel Rubio, en professor vid Hamburg-baserade Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter.

Rubio säger att detta inte utgör "ett intrång i någon grundläggande fysikalisk sats eller att energi skapas ur ingenting. Det som händer är att infoga en observatör i systemet fungerar som ett hinder, som om du skulle stänga av kanalen i en rörledning genom vilken vattnet rinner. Självklart, om lasten börjar byggas upp, det skulle sluta gå i motsatt riktning. Med andra ord, observatören projicerar systemets tillstånd till ett tillstånd som överför ström eller energi i motsatta riktningar. "

Rubio minns sin förvåning när han upptäckte att införandet av kvantobservatören fick strömriktningarna och överföringen av energi att förändras:"Initialt, vi trodde att det var ett fel. Vi förväntade oss att stöta på förändringar och vi trodde att det skulle vara möjligt att stoppa transporten, men vi förväntade oss inte att det skulle bli en fullständig förändring av flödet. Dessa förändringar i strömriktningen kan också göras på ett kontrollerat sätt. Beroende på var observatören är införd, flödet kan ändras, men det finns specifika områden i enheten där, trots att man tittat, riktningen ändras inte, " han säger.

Svårigheter för experimentell design

Att styra värmen och strömmen hos partiklar på detta sätt skulle kunna öppna dörren till olika strategier för att utforma kvanttransportanordningar med riktningskontroll av injektion av strömmar för applikationer inom termoelektrisk, spintronics, fonik och upptäckt, bland andra. Men Ángel Rubio tror att dessa applikationer är långt borta, eftersom han ser begränsningar i observatörernas utformning:"Vi har föreslagit en enkel modell, och teorin kan enkelt verifieras eftersom all energi och entropi flöden bevaras. Att genomföra denna process experimentellt skulle vara en annan sak. Även om den typ av enhet som skulle behöva utformas existerar, och att producera det skulle vara möjligt, just nu, det finns ingen möjlighet att göra detta på ett kontrollerat sätt. "

Således, forskargruppen utforskar nu andra, liknande idéer. "Vi letar efter andra mekanismer som ett alternativ till kvantobservatörer som gör att liknande effekter kan uppnås och som skulle vara mer realistiska när det gäller att genomföra dem experimentellt, "Säger Rubio.