Onde di entanglement viste per la prima volta incresparsi attraverso un magnete quantistico: ScienceAlert

Trasformando molecole organiche in un bizzarro tipo di magnete, i fisici dell'Università di Aalto e dell'Università di Jyväskylä in Finlandia hanno creato lo spazio perfetto per osservare l'attività sfuggente di uno stato elettronico chiamato triplone.

Laddove un magnete di varietà da giardino è tipicamente meglio descritto come avente due poli circondati da un nido di linee di campo, il curioso costrutto noto come magnete quantistico sfida una descrizione così semplice.

Come accade ogni volta che appare la parola "quantistico", puoi immaginare un paesaggio in cui nulla è certo. Come far girare le ruote della roulette in un casinò poco illuminato, tutti gli stati sono un forse finché il croupier non dice "niente più scommesse".

Ancora più strano, i numeri e i colori su una ruota sono intrecciati con quelli sulle altre ruote in modi non intuitivi, in modo tale che un risultato nero su una potrebbe significare atterrare sul rosso su un'altra.

Con il nord e il sud ridotti a un flusso di probabilità, i magneti quantistici hanno proprietà che mancano al tuo magnete da frigorifero, rendendoli oggetti utili per esplorare fenomeni che non sono facilmente individuabili nella maggior parte degli altri ambienti.

Uno di questi comportamenti è un'onda di quasiparticelle note come triploni.

Raggiungi una borsa atomica e strappa un elettrone. C'è la stessa possibilità che abbia una delle due rotazioni, o tipi di momento angolare. Trova un elettrone con spin opposto e i due si annulleranno. Congratulazioni, hai uno stato di singoletto degli elettroni!

Inserisci un terzo elettrone e aggiungerai un'altra piccola quantità di torsione, creando un doppietto.

Ma cosa succede se i due nel tuo abbinamento iniziale hanno lo stesso giro? Invece di annullarsi, ora si trasformano in uno stato di tripletto.

Sebbene i due elettroni in una tripletta siano spesso parcheggiati nelle rispettive orbite atomiche distinte, i fisici possono comodamente raggruppare insieme le loro caratteristiche e trattarli come una "sorta di particella": una quasiparticella.

In questo caso particolare, gli spin degli stati di tripletto sono trattati come singole particelle chiamate triploni e presentano comportamenti distinti tutti loro. Impigliati insieme su un materiale, possono sollevarsi e muoversi in modi curiosi.

In teoria tutto questo va bene, ma avvistare tali comportamenti simili a onde in natura non è sempre facile da fare.

Qui, costruendo magneti quantistici da una miscela di atomi di cobalto e molecole di ftalocianina, i ricercatori hanno creato le giuste condizioni per forzare gli elettroni a interagire come quasiparticelle triplon e quindi propagare le loro proprietà attraverso il solido.

"Utilizzando elementi costitutivi molecolari molto semplici, siamo in grado di progettare e sondare questo complesso magnete quantistico in un modo mai fatto prima, rivelando fenomeni non riscontrati nelle sue parti indipendenti", afferma il primo autore dello studio Robert Drost, un fisico applicato. dell'Università Aalto.

"Mentre le eccitazioni magnetiche negli atomi isolati sono state osservate a lungo utilizzando la spettroscopia a effetto tunnel, ciò non è mai stato ottenuto con la propagazione dei triploni."

Non è il tipo di scoperta che rivoluzionerà il modo in cui attacchi i preziosi disegni di tuo figlio alla porta del frigorifero, ma l'elettronica quantistica si sta rivelando utile nell'informatica e nella crittografia.

Possedere alcuni nuovi strumenti per manipolare le quasiparticelle in un casinò quantistico non potrà mai andare fuori strada.

"Questa strategia dimostra che possiamo progettare razionalmente piattaforme materiali che aprono nuove possibilità nelle tecnologie quantistiche", afferma Jose Lado, capo del gruppo di ricerca Corlated Quantum Materials presso l'Università di Aalto.

Questa ricerca è stata pubblicata su Physical Review Letters.