En física , un espejismo cuántico es un resultado peculiar del caos cuántico . Todo sistema de billar dinámico cuántico exhibirá un efecto llamado cicatrización , en el que la densidad de probabilidad cuántica muestra rastros de las trayectorias que tomaría una bola de billar clásica . En una pista elíptica, la cicatrización es particularmente pronunciada en los focos, ya que esta es la región donde convergen muchas trayectorias clásicas. Las cicatrices en los focos se conocen coloquialmente como "espejismo cuántico".
El espejismo cuántico fue observado experimentalmente por primera vez por Hari Manoharan, Christopher Lutz y Donald Eigler en el Centro de Investigación IBM Almaden en San José, California, en 2000. El efecto es bastante notable, pero en general concuerda con trabajos anteriores sobre la mecánica cuántica del billar dinámico en arenas elípticas.
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El espejismo se produce en los focos de un corral cuántico , un anillo de átomos dispuestos en una forma arbitraria sobre un sustrato . El corral cuántico fue demostrado en 1993 por Lutz, Eigler y Crommie [2] utilizando un anillo elíptico de átomos de hierro sobre una superficie de cobre utilizando la punta de un microscopio de efecto túnel de barrido de baja temperatura para manipular átomos individuales. [3] Los átomos de hierro ferromagnético reflejaron los electrones de la superficie del cobre dentro del anillo en un patrón de onda, como predijo la teoría de la mecánica cuántica .
Los corrales cuánticos pueden considerarse como átomos artificiales que incluso muestran propiedades de enlace químico similares a las de los átomos reales. [4]
El tamaño y la forma del corral determinan sus estados cuánticos, incluida la energía y la distribución de los electrones. Para crear las condiciones adecuadas para el espejismo, el equipo de Almaden eligió una configuración del corral que concentraba los electrones en los focos de la elipse.
Cuando los científicos colocaron un átomo de cobalto magnético en un foco del corral, apareció un espejismo del átomo en el otro foco. Específicamente, las mismas propiedades electrónicas estaban presentes en los electrones que rodeaban ambos focos, aunque el átomo de cobalto solo estaba presente en un foco. En la microscopía de efecto túnel, se avanza una punta de metal atómicamente afilada hacia la superficie atómicamente plana de la muestra hasta que se hace efectiva la tunelización de electrones fuera del átomo y dentro de la punta que avanza. Usando la punta afilada también podemos organizar los átomos adsorbidos en la superficie en formas únicas; por ejemplo, 48 átomos de hierro adsorbidos en Cu(111) dispuestos en un círculo de 14,26 nm de diámetro. [2] Los electrones en la superficie de cobre quedan atrapados dentro del círculo formado por los átomos de hierro. Emerge un patrón de onda estacionaria con un gran pico en el centro debido a la interferencia constructiva de los electrones en la superficie de cobre a medida que se dispersan de los átomos de hierro adsorbidos.
Los científicos de IBM esperan utilizar espejismos cuánticos para construir procesadores a escala atómica en el futuro. [ ¿Plazo? ]