A atomotrônica é uma nova área da física, análoga à eletrônica. Ao invés de circuitos de elétrons, estuda o desenvolvimento de circuitos para átomos, controlados por meio de lasers e campos magnéticos. Um estudo teórico realizado por François Impens, professor da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), com Romain Duboscq e David Guéry-Odelin, da Universidade de Toulouse, França, mostra como projetar um guia de onda para átomos mais eficiente que os atualmente utilizados em laboratório. Explorando a dualidade onda-partícula da mecânica quântica, os pesquisadores aplicaram técnicas da mecânica clássica para geometrias curvas, conseguindo reduzir a oscilação dos átomos quando passam pelas curvas acirradas de um circuito.
De acordo com Impens, a propagação quântica em estruturas curvas é um assunto importante para várias áreas da física: transporte de íons, física dos nanotubos e para os circuitos atómicos em miniatura, a atomotrônica. Esta questão foi levantada nos anos 1980 por um físico brasileiro, Rogério C. T. Da Costa, professor da USP de São Carlos. Em dois artigos muito relevantes e citados, Costa mostrou que uma partícula confinada a uma superfície curvada ou a um fio curvado sofre a influência de um potencial adicional, dependente da métrica da geometria local da superfície ou do fio.
“Em toda literatura subsequente que encontramos, os físicos promoveram uma versão simplificada, chamada de limite adiabático, deste potencial, para controlar o movimento de partículas quânticas em superfícies curvadas”, Impens explica. “Essencialmente, trata-se de uma modelização 1D de um problema 2D. Um dos motivos é que o tratamento completo parece muito complexo a primeira vista.”
“No nosso artigo, apontamos um exemplo concreto onde esta abordagem simplificada”adiabática ” falha completamente, e mostramos também como resolver o problema de forma completa, inspirando-se na mecânica clássica. A mecânica quântica tem uma dualidade onda-partícula, e escolhemos enxergar os átomos como partículas para desenhar os guias miniaturizados. Mostramos em seguida, com o tratamento quântico completo, que o nosso design de guia permite ganhar até duas ordens de grandeza em estabilidade transversal do feixe atômico guiado.”
“Em conclusão, este trabalho permitiu estender o controle quântico a geometrias fortemente não planares. Isso pode inspirar outras estratégias de controle em outras estruturas, tal como nano-tubos, onde a geometria tem um papel preponderante.”
O trabalho teve apoio financeiro do governo francês, pela Agence Nationale de la Recherche, e das agências brasileiras CNPq, CAPES e FAPERJ.
Artigo científico?
Quantum Control beyond the Adiabatic Regime in 2D Curved Matter-Wave Guides
François Impens, Romain Duboscq e David Guéry-Odelin
Phys. Rev. Lett. 124, 250403 – 22 de junho de 2020 ArXiv:2003.05845
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