En av de mer oväntade sakerna som kan göras med laddningsneutrala atomer är att använda dem för att efterlikna elektronernas grundläggande beteende. Under de senaste åren, gruppen av Tilman Esslinger vid Institute of Quantum Electronics vid institutionen för fysik vid ETH Zürich har banat väg för en plattform där atomer som kyls till temperaturer nära absolut noll transporteras genom en- och tvådimensionella strukturer, drivs av en potentialskillnad. På det här sättet, definierande fenomen som förekommer i mesoskopiska elektroniska system kan studeras i detalj, inklusive kvantiserad konduktans. I ett par tidningar publicerade idag i Fysiska granskningsbrev och Fysisk granskning A , postdoc Laura Corman, tidigare Ph.D. student Martin Lebrat och kollegor i Esslinger-gruppen rapporterar att de i sina transportexperiment bemästrat kontroll över kvantspinn.

Teamet lade till en tätt fokuserad ljusstråle till transportkanalen som inducerar lokala interaktioner som motsvarar att exponera atomerna för ett starkt magnetfält. Som en konsekvens, degenerationen av spinntillstånden upphävs, vilket i sin tur fungerar som grunden för ett effektivt spinnfilter:Atomer med en rotationsorientering stöts bort, medan de med annan orientering är fria att passera (se figuren). Viktigt, även om appliceringen av ett extra ljusfält leder till förlust av atomer, dessa dissipativa processer förstör inte kvantiseringen av konduktansen. ETH-forskarna replikerar detta experimentella fynd i numerisk simulering och underbygger dess giltighet genom en förlängning av Landauer-Büttiker-modellen, nyckelformalismen för kvanttransport.

Effektiviteten hos atomspinnfiltret som demonstrerats av Esslinger-gruppen matchar den hos de bästa ekvivalenta elementen för elektroniska system. Detta, tillsammans med den utomordentliga renheten och kontrollerbarheten hos kallatomplattformen, öppnar upp spännande nya perspektiv för att utforska dynamiken i kvanttransport. Särskilt, eftersom interaktionen mellan atomerna kan ställas in, Plattformen ger tillgång till spinntransport av starkt korrelerade kvantsystem. Denna regim är svår att studera annars, men är av stort grundläggande och praktiskt intresse, inte minst för tillämpningar i spintroniska enheter och för att utforska grundläggande faser av materia.