Elektronernas beteende i ett material är vanligtvis svårt att förutsäga. Ny insikt kommer nu från experiment och simuleringar som utförts av ett team som leds av ETH-fysiker som har studerat elektroniska transportegenskaper i en endimensionell kvanttråd som innehåller ett mesoskopiskt gitter.

Oavsett om ett material är, till exempel, en metall eller en isolator beror på en rad mikroskopiska detaljer, inklusive styrkan i interaktioner mellan elektroner, förekomsten av föroreningar och antalet dimensioner genom vilka laddningsbärarna kan sprida sig. Denna komplexitet gör förutsägelsen av elektroniska egenskaper i solid state-system mycket utmanande. Att förstå elektronernas beteende i ett material blir desto svårare när de rör sig genom en periodisk potential, till exempel i en kristall. Sedan fenomen som överflödighet, som är förknippad med en stor konduktans, kan konkurrera med störningseffekter som gör materialet till en isolator.

Martin Lebrat, tillsammans med kollegor i gruppen Tilman Esslinger vid Institute for Quantum Electronics i ETH Zürich och medarbetare vid universitetet i Genève och École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) har nu tagit sig an problemet genom att utföra experiment i ett helt rent konstgjort material som de kan styra med stor noggrannhet och flexibilitet. Som de rapporterar i en artikel publicerad i Fysisk granskning X , de använde laserljus för att skapa korta endimensionella gitterstrukturer anslutna till två reservoarer av ultrakylda litium-6 atomer. I denna inställning kan de mäta trådens konduktans medan de har utsökt kontroll över alla relevanta parametrar, inklusive längden och höjden på gallret och interaktionerna mellan partiklarna som transporteras genom det.

I deras experiment, de observerade uppkomsten av en bandisolerande fas med svaga interaktioner. När de ställde in interaktionerna från svagt till starkt attraktivt, de upptäckte att detta isolerande tillstånd kvarstår, antyder närvaron av en så kallad Luther-Emery vätska, en ursprunglig fas som har förutsagts 1974 och som är särskiljande för strukturens endimensionella karaktär.

Det experimentella arbetet stöds av simuleringar, och tillsammans visar dessa resultat samtidig kontroll av interaktioner och kvantinterferenser i kalla atomanordningar. Detta bör inte bara vara intressant för att utforska beteendet hos elektroner som rör sig genom material; flexibiliteten från Lebrats och medarbetares tillvägagångssätt innebär också att de kan konstruera komplexa strukturer med nya funktioner som inte är tillgängliga i elektroniska system.