L'une des choses les plus inattendues qui peuvent être faites avec des atomes à charge neutre est de les utiliser pour émuler le comportement fondamental des électrons. Au cours des dernières années, le groupe de Tilman Esslinger de l'Institut d'électronique quantique du département de physique de l'ETH Zurich a lancé une plate-forme dans laquelle des atomes refroidis à des températures proches du zéro absolu sont transportés à travers des structures unidimensionnelles et bidimensionnelles, entraînée par une différence de potentiel. De cette façon, la définition des phénomènes se produisant dans les systèmes électroniques mésoscopiques peut être étudiée en détail, y compris la conductance quantifiée. Dans une paire d'articles publiés aujourd'hui dans Lettres d'examen physique et Examen physique A , postdoctorale Laura Corman, ancien doctorat L'étudiant Martin Lebrat et ses collègues du groupe Esslinger rapportent qu'ils ont maîtrisé dans leurs expériences de transport le contrôle du spin quantique.

L'équipe a ajouté un faisceau lumineux étroitement focalisé au canal de transport qui induit des interactions locales équivalentes à l'exposition des atomes à un champ magnétique puissant. En conséquence, la dégénérescence des états de spin est levée, qui à son tour sert de base à un filtre de spin efficace :les atomes d'une orientation de spin sont repoussés, tandis que ceux d'une autre orientation sont libres de passer (voir la figure). Surtout, même si l'application d'un champ lumineux supplémentaire entraîne la perte d'atomes, ces processus dissipatifs ne détruisent pas la quantification de la conductance. Les chercheurs de l'ETH reproduisent cette découverte expérimentale en simulation numérique et justifient sa validité par une extension du modèle Landauer-Büttiker, le formalisme clé pour le transport quantique.

L'efficacité du filtre de spin atomique démontrée par le groupe Esslinger correspond à celle des meilleurs éléments équivalents pour les systèmes électroniques. Cette, ainsi que l'extraordinaire propreté et contrôlabilité de la plate-forme d'atomes froids, ouvre de nouvelles perspectives passionnantes pour explorer la dynamique du transport quantique. En particulier, comme l'interaction entre les atomes peut être réglée, la plate-forme donne accès au transport de spin de systèmes quantiques fortement corrélés. Ce régime est difficile à étudier autrement, mais présente un intérêt fondamental et pratique considérable, notamment pour les applications dans les dispositifs spintroniques et pour explorer les phases fondamentales de la matière.