En las condiciones adecuadas, los electrones pueden liberarse de los saltos rápidos y del tráfico de alta presión en las profundidades del conductor evitando sus límites. Allí pueden convertir circuitos sencillos en corriente unidireccional y sin resistencia.

Si bien la teoría describe los principios básicos detrás del flujo de electrones en un «estado límite», comprenderla lo suficientemente bien como para desarrollar aplicaciones que puedan aprovechar sus beneficios ha resultado difícil gracias a su comportamiento pequeño y transitorio.

En un nuevo estudio, investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) utilizaron una nube de átomos de sodio ultrafríos para reemplazar electrones, logrando el mismo efecto que la física del estado de borde, pero en una escala y duración suficientes para permitirles estudiarlo en detalle. .

«En nuestra configuración, la misma física ocurre en los átomos, pero en la escala de milisegundos y micras». el dice El físico Martín Zuerlein.

«Esto significa que podemos tomar fotografías y observar cómo los átomos básicamente se arrastran eternamente a lo largo del borde del sistema».

Según el llamado efecto Hall, cuando se coloca un campo magnético perpendicular a la corriente se generan tensiones. allá Versión cuántica Esto también tiene el efecto de que en un espacio bidimensional plano los electrones se mueven en círculos con respecto a los campos circundantes.

Cuando esta superficie bidimensional es el borde de una pieza de una clase de materiales «topológicos», los electrones deberían acumularse en ubicaciones específicas y moverse de manera cuántica como lo predice la física cuántica. Aunque este fenómeno es común, no es fácil relacionar las propiedades del material con la velocidad y dirección del flujo. Estas acciones duran sólo un femtosegundo (una billonésima de segundo), lo que hace prácticamente imposible estudiarlas adecuadamente.

En lugar de estudiar electrones, esta última investigación involucró alrededor de un millón de átomos de sodio, que fueron colocados en su lugar mediante un láser y reducidos a un estado extremadamente frío. Luego se manipuló todo el sistema para hacer que los átomos orbitaran la trampa láser.

Esta rotación, además de otras fuerzas físicas que actúan sobre el átomo, imita una de las condiciones básicas del estado de borde: campo magnético. Luego se insertó un anillo de luz láser para que actuara como borde del material.

Cuando los átomos chocan con el anillo de luz, se mueven en línea recta y en una dirección a lo largo de él, como ocurre con los electrones en estado de borde. Ni siquiera los obstáculos puestos por los investigadores lograron desviar los átomos.

«Puedes imaginar que son como canicas que giras muy rápidamente en un recipiente y siguen girando alrededor del borde del recipiente». el dice Zwerlin.

«No hay fricción. No hay histéresis y los átomos no se escapan ni se esparcen por el resto del sistema. Simplemente hay un flujo hermoso y coherente».

Los investigadores pudieron observar interacciones en su sistema que coincidían con predicciones teóricas anteriores de estados de borde, lo que sugiere que estos átomos podrían efectivamente reemplazar a los electrones en este tipo de estudio, aunque esta es la primera vez que esto se hace todavía. . Los primeros días.

Fenómenos como el efecto Hall cuántico están estrechamente relacionados con la superconductividad, la idea de transmitir energía eléctrica de manera más eficiente, sin pérdida de calor. Estos resultados también pueden ayudar a la investigación. Computadoras cuánticas Y sensores avanzados.

«Es una realización muy clara de una pieza muy hermosa de la física, y podemos demostrar de primera mano la importancia y la realidad de esta ventaja». el dice El físico Richard Fletcher, del Instituto Tecnológico de Massachusetts.

«La tendencia natural ahora es introducir más obstáculos e interacciones en el sistema, a medida que las cosas se vuelven más claras sobre qué esperar».

La investigación fue publicada en Física de la naturaleza.