Materia Ultrafría

Trampa magneto-óptica de litio

En el Laboratorio de Materia Ultrafría (LMU) hemos construido un nuevo sistema experimental para producir y estudiar gases atómicos ultrafríos compuestos por átomos de litio. Específicamente, utilizamos el isótopo 6Li, el cual es un fermión. Este isótopo presenta una amplia resonancia magnética de Feshbach, lo que significa que, mediante un campo magnético externo, tenemos el control total de las interacciones interatómicas. Esto hace posible acceder a regímenes de interacción muy diferentes, desde sistemas que interactúan débilmente hasta sistemas que interactúan fuertemente, desde un gas repulsivo hasta uno atractivo.

El control de las interacciones interatómicas es de gran interés ya que esto hace posible la creación de pares atómicos de diferentes naturalezas, desde moléculas bosónicas fuertemente ligadas, hasta pares de Cooper débilmente acoplados. Esto permite la aparición de estados cuánticos muy diferentes: mientras que lo pares moleculares pueden dar origen a la condensación de Bose-Einstein (BEC), los pares de Cooper generan un estado similar al que ocurre en un superconductor, conocido como “estado BCS”. Estos estados se encuentran conectados por medio de un regimen fuertemente interactuante conocido como “cruce BEC-BCS”. Una de las características más interesantes de todos estos regímenes es la ocurrencia del fenómeno de la superfluidez, un estado cuántico macroscópico en el que el gas puede fluir sin ninguna viscosidad.

El entendimiento del cruce BEC-BCS es en la actualidad un tema de investigación muy relevante en el área de los gases cuánticos debido a su estrecha conexión con otros fenómenos en física de la materia condensada, como es el caso de la superconductividad de alta temperatura. No obstante, por tratarse de un régimen fuertemente interactuante y fuertemente correlacionado, presenta desafíos muy importantes en su estudio tanto desde la perspectiva teórica como experimental, de ahí la relevancia de contar con un sistema experimental robusto y versátil para explorarlo.

Superfluidos a través del cruce BEC-BCS

Una estrategia poderosa para entender estos sistemas es la producción y estudio de excitaciones colectivas, ya que éstas se encuentran íntimamente relacionadas con las propiedades microscópicas del superfluido. Así, uno de los objetivos principales de nuestro laboratorio es el estudio de las diferentes excitaciones colectivas que pueden generarse en estos sistemas.

Ondas de Faraday en un superfluido de Fermi

En la actualidad, investigamos un tipo particular de excitación conocida como “Ondas de Faraday” que consisten en un patrón espacial y temporalmente periódico que se genera en la densidad del fluido al perturbarlo paramétricamente. Este fenómeno es interesante debido a la relación que guarda con otras fenomenologías, como los cristales de tiempo, o la física de Floquet. Las ondas de Faraday también pueden utilizarse como una herramienta para explorar la propiedades microscópicas del gas, como es el caso del espectro de excitaciones elementales, o bien, como hemos demostrado recientemente, para medir la velocidad del sonido en el superfluido.

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Tesis de Maestría

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Infraestructura

En el Laboratorio de Materia Ultrafría producimos e investigamos muestras cuánticas en estado superfluido compuestas por átomos de 6Li a una temperatura del orden de 10 nK. Para ello se dispone de un sistema de ultra-alto vacío en donde se producen las muestras, el cual se bombea mediante tres bombas iónicas. Los átomos se enfrían y se observan utilizando luz láser generada por láseres de diodo cuya longitud de onda de emisión es de 670.9 nm. Adicionalmente contamos con sistemas de captura atómica basados en la producción de campos magnéticos y ópticos. Estos últimos se generan con un láser de fibra dopado con iterbio que emite una longitud de onda de 1070 nm. Adicionalmente, se cuenta con otro sistema láser basado en diodos amplificadores, que emite longitudes de onda de 532 nm y 1064 nm, que se utilizan para generar potenciales ópticos con geometría arbitraria. El control fino de la longitud de onda de nuestros láseres se realiza mediante moduladores acústico-ópticos operados con circuitos de radiofrecuencia del orden de cientos de megahertz. El experimento se automatiza mediante un circuito integrado FPGA con una resolución temporal de 1 µs. Finalmente, se dispone de una cámara CCD de bajo ruido para producir las imágenes de las muestras, esta constituye nuestro principal instrumento de diagnóstico.

Colaboraciones

Miembros

Dr. Jorge Amin Seman Harutinian
Investigador Asociado
seman@fisica.unam.mx
Dr. Freddy Jackson Poveda Cuevas
Investigador Catedrático CONACyT
jacksonpc@fisica.unam.mx
M. en C. Carlos Alberto Gardea Flores
Electrónica e Instrumentación
carlos.gardea@fisica.unam.mx
Alejandra del Rio Lima
Estudiante de Doctorado
Viani Suhail Morales Guzmán
Estudiante de Licenciatura
Melanie Bautista Cruz
Estudiante de Licenciatura
Sebastián Alejandro Morales Ramírez
Estudiante de Licenciatura
Patricio Vargas Vélez
Estudiante de Licenciatura
Francisco Javier Cárcamo Verde
Estudiante de Licenciatura
Ana Karen Cuervo Montzel
Estudiante de Licenciatura
Itzel Alejandra Villanueva Reyes
Estudiante de licenciatura
Mario César Uyoa López
Estudiante de Licenciatura

Miembros Anteriores

Eduardo Padilla Castillo
Estudiante de Maestría
Diego Hérnandez Rajkov
Estudiante de Maestría
Andrés Gutiérrez Valdés
Estudiante de Licenciatura
Eduardo Ibarra García Padilla
Estudiante de Licenciatura
Jesús Ernesto Carro Martínez
Estudiante de Licenciatura
Dr. Ricardo Colín Rodríguez
Investigador Postdoctoral
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