Superfluidità in onda p in miscele eteronucleari di litio e cromo ultrafreddi
P-HeLiCS
Finanziamento del: Ministero dell’Istruzione, Università e Ricerca (MIUR)
Calls: FARE Ricerca in Italia
Data inizio: 2018-01-01 Data fine: 2020-12-31
Budget totale: EUR 116.610,00 Quota INO del budget totale: EUR 116.610,00
Responsabile scientifico: Zaccanti Matteo Responsabile scientifico per INO: Zaccanti Matteo
Calls: FARE Ricerca in Italia
Data inizio: 2018-01-01 Data fine: 2020-12-31
Budget totale: EUR 116.610,00 Quota INO del budget totale: EUR 116.610,00
Responsabile scientifico: Zaccanti Matteo Responsabile scientifico per INO: Zaccanti Matteo
Principale Organizzazione/Istituzione/Azienda assegnataria: CNR – Istituto Nazionale di Ottica (INO)
altre Organizzazione/Istituzione/Azienda coinvolte:
Abstract: I superfluidi/superconduttori topologici sono tra i più interessanti stati a molti corpi della fisica contemporanea.
In due dimensioni le loro proprietà topologiche sono connesse a fractional quantum Hall states che presentano eccitazioni non Abeliane, con promettenti applicazioni in computazione quantistica.
Tuttavia, la superconduttività/fluidità in sistemi elettronici e 3He resta altamente dibattuta, essendo la sua realizzazione estremamente complessa.
L’accoppiamento p-wave in tali sistemi è infatti generalmente affetto dalla concomitanza con altri regimi.
Ad esempio, l’elusiva fase-A nell’3He emerge solo a bassa temperatura/alta pressione, in prossimità della fase solida.
Allo stesso modo, Sr2RuO4 e UGe2 divengono superconduttivi a temperature molto minori della temperatura di Curie, al bordo del ferromagnetismo itinerante.
A causa della loro anisotropia, le coppie associate a tali fasi superfluide sono estremamente sensibili allo scattering con impurezze che causano facilmente la loro rottura.
Nonostante lo sviluppo di sempre nuovi sistemi, realizzare tali materiali resta molto complesso, e le possibilità di esplorare Procedura FARE 2016 – 5 – fasi topologiche aumenterebbero notevolmente se tali fasi fossero realizzate in sistemi facilmente controllabili.
Questo ha motivato un crescente interesse per piattaforme basate su gas ultrafreddi per studiare il pairing in onda p, tra cui gas di Fermi ad una risonanza di Feshbach in onda p, accoppiamento spin-orbita e sistemi dipolari.
Nonostante i notevoli progressi compiuti in questo campo, attualmente processi inelastici limitano la vita media di tali sistemi e ad oggi la superfluidità p-wave non è stata dimostrata nel regime ultrafreddo.
P-HeLiCS si propone di esplorare il fenomeno della superfluidità p-wave sia teoricamente che sperimentalmente su di un sistema concettualmente nuovo composto da una miscela di gas fermionici ultrafreddi di Litio e Cromo nel regime di forte interazione attrattiva, in prossimità di una risonanza di Feshbach s-wave.
L’esistenza di uno stato legato o virtuale a tre corpi Cr-Cr-Li con simmetria p-wave prossimo alla soglia di collisione dei tre atomi consente di realizzare un’attrazione in onda p tra fermioni di Cr, mediata dagli atomi di litio circostanti.
Sperimentalmente, tale accoppiamento p-wave può essere reso risonante per mezzo di un campo magnetico esterno, e presenta proprietà puramente elastiche.
Come tale, un accoppiamento superfluido p-wave tra atomi di Cromo può svilupparsi ad alte temperature critiche, senza essere limitato da processi inelastici.
Lo studio del diagramma di fase del sistema sarà affrontato teoricamente tramite approcci diagrammatici e calcoli Monte Carlo, e sperimentalmente per mezzo di tecniche avanzate investigando la miscela in funzione della temperatura, interazione e popolazione relativa.
Il successo di P-HeLiCS contribuirà all’avanzamento della comprensione della superfluidità topologica tramite un sistema semplice quanto robusto.
In due dimensioni le loro proprietà topologiche sono connesse a fractional quantum Hall states che presentano eccitazioni non Abeliane, con promettenti applicazioni in computazione quantistica.
Tuttavia, la superconduttività/fluidità in sistemi elettronici e 3He resta altamente dibattuta, essendo la sua realizzazione estremamente complessa.
L’accoppiamento p-wave in tali sistemi è infatti generalmente affetto dalla concomitanza con altri regimi.
Ad esempio, l’elusiva fase-A nell’3He emerge solo a bassa temperatura/alta pressione, in prossimità della fase solida.
Allo stesso modo, Sr2RuO4 e UGe2 divengono superconduttivi a temperature molto minori della temperatura di Curie, al bordo del ferromagnetismo itinerante.
A causa della loro anisotropia, le coppie associate a tali fasi superfluide sono estremamente sensibili allo scattering con impurezze che causano facilmente la loro rottura.
Nonostante lo sviluppo di sempre nuovi sistemi, realizzare tali materiali resta molto complesso, e le possibilità di esplorare Procedura FARE 2016 – 5 – fasi topologiche aumenterebbero notevolmente se tali fasi fossero realizzate in sistemi facilmente controllabili.
Questo ha motivato un crescente interesse per piattaforme basate su gas ultrafreddi per studiare il pairing in onda p, tra cui gas di Fermi ad una risonanza di Feshbach in onda p, accoppiamento spin-orbita e sistemi dipolari.
Nonostante i notevoli progressi compiuti in questo campo, attualmente processi inelastici limitano la vita media di tali sistemi e ad oggi la superfluidità p-wave non è stata dimostrata nel regime ultrafreddo.
P-HeLiCS si propone di esplorare il fenomeno della superfluidità p-wave sia teoricamente che sperimentalmente su di un sistema concettualmente nuovo composto da una miscela di gas fermionici ultrafreddi di Litio e Cromo nel regime di forte interazione attrattiva, in prossimità di una risonanza di Feshbach s-wave.
L’esistenza di uno stato legato o virtuale a tre corpi Cr-Cr-Li con simmetria p-wave prossimo alla soglia di collisione dei tre atomi consente di realizzare un’attrazione in onda p tra fermioni di Cr, mediata dagli atomi di litio circostanti.
Sperimentalmente, tale accoppiamento p-wave può essere reso risonante per mezzo di un campo magnetico esterno, e presenta proprietà puramente elastiche.
Come tale, un accoppiamento superfluido p-wave tra atomi di Cromo può svilupparsi ad alte temperature critiche, senza essere limitato da processi inelastici.
Lo studio del diagramma di fase del sistema sarà affrontato teoricamente tramite approcci diagrammatici e calcoli Monte Carlo, e sperimentalmente per mezzo di tecniche avanzate investigando la miscela in funzione della temperatura, interazione e popolazione relativa.
Il successo di P-HeLiCS contribuirà all’avanzamento della comprensione della superfluidità topologica tramite un sistema semplice quanto robusto.
Risultati scientifici:
1) Time-Resolved Observation of Competing Attractive and Repulsive Short-Range Correlations in Strongly Interacting Fermi Gases