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Atomtrónica

La atomtrónica es un campo emergente relacionado con la tecnología cuántica de circuitos de ondas de materia que guían coherentemente la propagación de átomos ultrafríos. [1] [2] Los sistemas suelen incluir componentes análogos a los que se encuentran en la electrónica , la electrónica cuántica o los sistemas ópticos , como divisores de haz , transistores y contrapartes atómicas de dispositivos superconductores de interferencia cuántica ( SQUID ). Las aplicaciones van desde estudios de física fundamental hasta el desarrollo de dispositivos prácticos.

Etimología

Atomtrónica es un acrónimo de "átomo" y " electrónica ", en referencia a la creación de análogos atómicos de componentes electrónicos, como transistores y diodos , y también materiales electrónicos como semiconductores . [3] El campo en sí tiene una superposición considerable con la óptica atómica y la simulación cuántica , y no está estrictamente limitado al desarrollo de componentes similares a los electrónicos. [4] [5]

Metodología

Se requieren tres elementos principales para un circuito atomtrónico. El primero es un condensado de Bose-Einstein , que es necesario por sus propiedades coherentes y superfluidas , aunque también se puede utilizar un gas de Fermi ultrafrío para ciertas aplicaciones. El segundo es un potencial de atrapamiento personalizado, que se puede generar ópticamente , magnéticamente o utilizando una combinación de ambos. El elemento final es un método para inducir el movimiento de átomos dentro del potencial, que se puede lograr de varias maneras. Por ejemplo, un circuito atomtrónico tipo transistor se puede realizar mediante una trampa en forma de anillo dividida en dos por dos barreras débiles móviles, con las dos partes separadas del anillo actuando como el drenaje y la fuente y las barreras actuando como la compuerta. A medida que las barreras se mueven, los átomos fluyen desde la fuente hasta el drenaje. [6] Ahora es posible guiar coherentemente ondas de materia a distancias de hasta 40 cm en guías de ondas de materia atomtrónicas en forma de anillo. [7]

Aplicaciones

El campo de la atomtrónica es aún muy incipiente y todos los esquemas realizados hasta ahora son una prueba de principio. Las aplicaciones incluyen:

Los obstáculos para el desarrollo de dispositivos de detección prácticos se deben en gran medida a los desafíos técnicos que supone la creación de condensados ​​de Bose-Einstein. Requieren equipos de laboratorio voluminosos que no son fáciles de transportar. Sin embargo, la creación de equipos experimentales portátiles es un área de investigación activa.

Véase también

Referencias

  1. ^ Amico, L.; Boshier, M.; Birkl, G.; Minguzzi, A .; Miniatura, C.; Kwek, L.-C.; Aghamalyan, D.; Ahufinger, V.; Anderson, D.; Andrei, N.; Arnold, AS; Baker, M.; Bell, TA; Bland, T.; Brantut, JP (2021). "Hoja de ruta en atomtrónica: estado del arte y perspectiva". AVS Quantum Science . 3 (3): 039201. arXiv : 2008.04439 . Código Bibliográfico :2021AVSQS...3c9201A. doi :10.1116/5.0026178. ISSN  2639-0213. S2CID  235417597.
  2. ^ Amico, Luigi; Anderson, Dana; Boshier, Malcolm; Brantut, Jean-Philippe; Kwek, Leong-Chuan; Minguzzi, Anna ; von Klitzing, Wolf (14 de junio de 2022). " Coloquio  : Circuitos atomtrónicos: de la física de muchos cuerpos a las tecnologías cuánticas". Reseñas de Física Moderna . 94 (4): 041001. arXiv : 2107.08561 . doi :10.1103/RevModPhys.94.041001.
  3. ^ Seaman, BT; Krämer, M.; Anderson, DZ; Holland, MJ (20 de febrero de 2007). "Atomtrónica: Análogos de dispositivos electrónicos con átomos ultrafríos". Physical Review A . 75 (2). American Physical Society (APS): 023615. arXiv : cond-mat/0606625 . Bibcode :2007PhRvA..75b3615S. doi :10.1103/physreva.75.023615. ISSN  1050-2947. S2CID  51313032.
  4. ^ Amico, Luigi; Osterloh, Andreas; Cataliotti, Francesco (1 de agosto de 2005). "Sistemas cuánticos de muchas partículas en redes ópticas en forma de anillo". Physical Review Letters . 95 (6): 063201. arXiv : cond-mat/0501648 . Bibcode :2005PhRvL..95f3201A. doi :10.1103/physrevlett.95.063201. ISSN  0031-9007. PMID  16090948. S2CID  16405096.
  5. ^ Labouvie, Ralf; Santra, Bodhaditya; Heun, Simon; Wimberger, Sandro; Ott, Herwig (27 de julio de 2015). "Conductividad diferencial negativa en un gas cuántico en interacción". Physical Review Letters . 115 (5): 050601. arXiv : 1411.5632 . Código Bibliográfico :2015PhRvL.115e0601L. doi :10.1103/physrevlett.115.050601. ISSN  0031-9007. PMID  26274404. S2CID  5917918.
  6. ^ Jendrzejewski, F.; Eckel, S.; Murray, N.; Lanier, C.; Edwards, M.; Lobb, CJ; Campbell, GK (25 de julio de 2014). "Flujo resistivo en un condensado de Bose-Einstein de interacción débil". Physical Review Letters . 113 (4). American Physical Society (APS): 045305. arXiv : 1402.3335 . Bibcode :2014PhRvL.113d5305J. doi :10.1103/physrevlett.113.045305. ISSN  0031-9007. PMID  25105631. S2CID  33303312.
  7. ^ Pandey, Saurabh; Mas, Héctor; Drogakis, Giannis; Thekkeppatt, Premjith; Bolpasi, Vasiliki; Vasilakis, Georgios; Poulios, Konstantinos; von Klitzing, Lobo (2019). "Condensados ​​hipersónicos de Bose-Einstein en anillos de acelerador". Naturaleza . 570 (7760). Springer Science y Business Media LLC: 205–209. arXiv : 1907.08521 . Código Bib :2019Natur.570..205P. doi :10.1038/s41586-019-1273-5. ISSN  0028-0836. PMID  31168098. S2CID  174809749.

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