Energia «fluxuaren kontra» ibilarazi dute eskala kuantikoan, fisikaren legeekin kontraesanean erori gabe

UPV/EHU kide izan duen ikerketa batean frogatu dute energia- edo partikula-fluxu bat behatzeak berak fluxuaren noranzkoa alda dezakeela

  • Ikerketa

Lehenengo argitaratze data: 2017/10/05

Sistema termodinamiko klasikoetan, gorputz beroenetik hotzenera joaten da bero-korrontea, edo potentzial handienetik txikienera, elektrizitatea. Sistema kuantikoetan ere berdin gertatzen da, baina egoera aldatu egin daiteke, eta energia- eta partikula-fluxua alderantzikatu, sisteman behatzaile kuantiko bat sartuta. Horixe izan da UPV/EHUko eta PMSD Max Planck Institutuko Ángel Rubio irakaslearen taldeak lortu duen emaitza nagusia, Bremengo BCCMS zentroko ikertzaileekin elkarlanean. Nature Quantum Materials aldizkariak eman du ikerketaren berri.

Objektu makroskopikoetan, hala nola ur-korronte batean, korrontea behatzeak ez dio uraren fluxuari inola eragiten, eta termodinamika klasikoaren legeei jarraituz, sistemako alderik garaienetik baxuenera joango da. Gauza bera gertatzen da tenperatura-fluxuekin, gorputz beroenetik hotzenera ibiltzen baita korrontea, edo sistema elektrikoekin. Alabaina, gailu kuantikoetan, "behatze-prozesuak, begiratzeak berak, sistemaren egoera aldatzen du, eta korrontea noranzko batean edo bestean mugiarazteko joera hartzen du", azaldu du Ángel Rubio UPV/EHUko katedradun, UPV/EHUko Nano-Bio Spectroscopy Group ikerketa-taldeko buru eta Hanburgoko Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter-eko zuzendariak.

Rubiok azpimarratu duenez, horrek ez du "fisikaren inongo funtsezko teoremarik urratzen, eta ez da energiarik sortzen ezerezetik. Gertatzen dena da sisteman behatzaile bat sartzeak oztopo egiten duela, ura daraman hoditeria batean erretena itxiko bazenu bezala. Jakina, karga pilatzen hasten bada, azkenean beste noranzkoan joaten hasiko da ura. Hau da, behatzaileak sistemaren egoera aldatzen du, eta, egoeraren arabera, korrontea edo energia kontrako noranzkoetan transmiti ditzake sistemak".

Gogoan du Rubiok nolako ustekabea izan zen ikustea behatzaile kuantikoa sartzeak korrontearen eta energiaren transferentziaren noranzkoa aldatzen duela: "Hasiera batean, akats bat zela pentsatu genuen. Aldaketak aurkitzea espero genuen, baita garraioa eten zitekeela pentsatu ere, baina ez genuen uste fluxua erabat aldatuko zenik".

Korrontearen noranzko-aldaketa horiek, gainera, modu kontrolatuan egin daitezke. Behatzailea sistemaren zein lekutan sartzen den, fluxua aldatzea lortzen da, baina "gailuaren eremu jakin batzuetan, behatzailea sartuta ere, ez da noranzkoa aldatzen", dio.

Diseinu esperimentala egiteko zailtasunak

Beroa eta partikulen korrontea kontrolatu ahal izateak bidea eman lezake, hainbat estrategiaren bidez, korronte-injekzioaren noranzkoa kontrolatzeko aukera ematen duten garraio-gailu kuantikoak diseinatzeko, termoelektrizitatean, espintronikan, fotonikan eta detekzioan, besteak beste. Baina Ángel Rubiok urrun ikusten ditu aplikazio horiek, mugak aurkitu baitituzte behatzaileak diseinatzeko: "Maila teorikoan egin dugu guk lana, eta eredu xume bat proposatu dugu. Teoria erraz froga daiteke, energia- eta entropia-fluxu guztiak kontserbatu egiten baitira. Beste gauza bat litzateke, ordea, esperimentalki egitea prozesua. Egia da horretarako diseinatu beharko litzatekeen gailu-mota egon badagoela, eta egingarria litzatekeela, baina gaur egun ez dago hori modu kontrolatuan egiterik".

Egoera horretan, antzeko ideiak arakatzen dabil ikerketa-taldea, "beste mekanismo batzuk aurkitzeko behatzaile kuantikoen ordez erabili eta antzeko efektua lortzeko, eta, aldi berean, errealistagoak izan daitezen esperimentalki inplementatzean".

Informazio osagarria

Nature PJ Quantum Materials aldizkarian argitaratu dute ikerketa, eta erakunde hauetako ikertzaileak aritu dira elkarlanean: MPSD institutua (Materiaren Egitura eta Dinamikarako Max Planck Institutua), Hanburgoko CFELn dagoena (Center for Free-Electron Laser Science), UPV/EHU eta Bremengo Materialen Zientzia Konputazionalen Zentroa (BCCMS).

Erreferentzia bibliografikoa

R. Biele, C. A. Rodríguez-Rosario, T. Frauenheim, A. Rubio. Controlling heat and particle currents in nanodevices by quantum observation. npj Quantum Materials 2, article number: 38 (2017). doi:10.1038/s41535-017-0043-6