Une étude FLEET des gaz atomiques ultrafroids - un milliardième de la température de l'espace extra-atmosphérique - a débloqué de nouvelles, effets quantiques fondamentaux. Les chercheurs de l'Université de technologie de Swinburne ont étudié les oscillations collectives dans les gaz atomiques ultrafroids, identifier où les effets quantiques se produisent pour briser les symétries prédites par la physique classique. Ils ont également observé la transition entre le comportement bidimensionnel (2-D) et le comportement tridimensionnel (3-D).

"Les découvertes fondamentales faites à partir de telles observations éclaireront la recherche de FLEET pour la conduction électronique sans dissipation d'énergie gaspillée, " a expliqué l'auteur de l'étude, le professeur Chris Vale.

Les matériaux bidimensionnels présentent de nombreuses propriétés physiques nouvelles et sont minutieusement étudiés pour leurs utilisations potentielles, par exemple, en électronique ultra basse consommation. Cependant, les fortes corrélations et imperfections au sein des matériaux 2D les rendent difficiles à comprendre théoriquement. Les gaz quantiques d'atomes neutres ultra-froids aideront à débloquer la physique fondamentale des matériaux 2D, ainsi que la découverte de nouveaux phénomènes qui ne sont pas facilement accessibles dans d'autres systèmes.

Les expériences réalisées sur les gaz quantiques d'atomes neutres ultra-froids permettent de mieux comprendre les transitions de phase et les effets des interactions entre particules. Cette capacité améliorée, la compréhension et le contrôle des transitions de phase auront une application directe dans le développement de FLEET de futures basses énergies, électronique à base topologique.

Les symétries sont un ingrédient essentiel dans la formulation de nombreuses théories physiques, permettant des descriptions simplifiées en identifiant les facteurs qui ne modifient pas les propriétés physiques sous-jacentes d'un système. Par exemple, dans un système invariant d'échelle, changer les distances entre les particules ne modifie pas le comportement d'un matériau, mais le redimensionne simplement par un facteur approprié. Les gaz d'atomes ultrafroids confinés dans un plan bidimensionnel ont permis aux chercheurs d'explorer des régimes où cette symétrie d'échelle peut être brisée par des effets quantiques.

Les chercheurs ont étudié un gaz de Fermi 2-D fortement interactif d'atomes de lithium-6, mesurer la fréquence d'une oscillation radiale appelée mode de respiration, dont la fréquence est fixée par la compressibilité du gaz, et est une fenêtre sur l'équation d'état thermodynamique. L'étude a confirmé que la symétrie d'échelle est brisée en présence d'interactions fortes entre les particules, affectant la relation thermodynamique entre la pression et la densité. C'est ce qu'on appelle une anomalie quantique, qui se produit lorsqu'une symétrie présente dans une théorie classique est brisée dans la théorie quantique correspondante.

Les mesures de la fréquence des modes respiratoires ont également permis aux chercheurs de cartographier l'évolution de l'équation d'état thermodynamique entre les limites 2D et 3D, montrant que le comportement 2-D strict n'est trouvé que dans une région très limitée de l'espace des paramètres. L'étude, "Anomalie quantique et croisement 2-D-3-D dans les gaz de Fermi en interaction forte, " a été publié aujourd'hui dans Lettres d'examen physique .

Au sein de FLOTTE, Chris Vale étudie les phénomènes topologiques dans les gaz 2-D d'atomes fermioniques ultrafroids, étudier les implémentations d'atomes froids de la superfluidité topologique de Floquet, des améliorations hors d'équilibre de la température critique supraconductrice et de nouvelles formes de matière topologique basées sur le couplage spin-orbite induit optiquement dans des gaz atomiques 2D, dans le thème de recherche 3. Le thème de recherche 3 de FLEET étudie les systèmes qui sont temporairement hors d'équilibre thermique pour étudier la physique qualitativement différente affichée et les nouvelles capacités de contrôle dynamique de leur comportement.

Vale dirige l'étude des gaz quantiques à l'Université de technologie de Swinburne. Dans ces collections d'atomes refroidis à seulement 100 nanoKelvins au-dessus du zéro absolu, les comportements qui ne se trouvent généralement qu'au niveau microscopique deviennent prédominants au niveau macroscopique. L'étude de l'équipe des gaz de Fermi confinés à la 2-D teste de nouveaux paradigmes pour le transport sans dissipation dans la matière quantique topologique et hors d'équilibre synthétisée à partir d'atomes ultrafroids.