Desfasaje

En física , el desfase es un mecanismo que recupera el comportamiento clásico de un sistema cuántico . Se refiere a las formas en que la coherencia causada por la perturbación decae con el tiempo y el sistema vuelve al estado anterior a la perturbación. Es un efecto importante en la espectroscopia molecular y atómica , y en la física de la materia condensada de los dispositivos mesoscópicos .

La razón puede entenderse describiendo la conducción en metales como un fenómeno clásico con efectos cuánticos todos ellos incrustados en una masa efectiva que puede calcularse mecánicamente cuánticamente, como también sucede con la resistencia que puede verse como un efecto de dispersión de los electrones de conducción . Cuando la temperatura se reduce y las dimensiones del dispositivo se reducen significativamente, este comportamiento clásico debería desaparecer y las leyes de la mecánica cuántica deberían gobernar el comportamiento de los electrones conductores vistos como ondas que se mueven balísticamente dentro del conductor sin ningún tipo de disipación. La mayor parte del tiempo es lo que se observa. Pero pareció una sorpresa ^{[¿ para quién? ]} descubrir que el llamado tiempo de desfase , es decir, el tiempo que tardan los electrones conductores en perder su comportamiento cuántico, se vuelve finito en lugar de infinito cuando la temperatura se acerca a cero en dispositivos mesoscópicos, violando las expectativas de la teoría de Boris Altshuler , Arkady Aronov y David E. Khmelnitskii. ^[1] Este tipo de saturación del tiempo de desfase a bajas temperaturas es un problema abierto aunque se han presentado varias propuestas.

La coherencia de una muestra se explica por los elementos fuera de la diagonal de una matriz de densidad . Un campo eléctrico o magnético externo puede crear coherencias entre dos estados cuánticos en una muestra si la frecuencia corresponde a la brecha de energía entre los dos estados. Los términos de coherencia decaen con el tiempo de desfase o relajación espín-espín , T ₂ .

Después de que se crea coherencia en una muestra mediante luz, la muestra emite una onda de polarización , cuya frecuencia es igual a y cuya fase está invertida con respecto a la luz incidente. Además, la muestra se excita mediante la luz incidente y se genera una población de moléculas en el estado excitado. La luz que pasa a través de la muestra se absorbe debido a estos dos procesos y se expresa mediante un espectro de absorción . La coherencia decae con la constante de tiempo, T ₂ , y la intensidad de la onda de polarización se reduce. La población del estado excitado también decae con la constante de tiempo de la relajación longitudinal , T ₁ . La constante de tiempo T ₂ suele ser mucho menor que T ₁ , y el ancho de banda del espectro de absorción está relacionado con estas constantes de tiempo mediante la transformada de Fourier , por lo que la constante de tiempo T ₂ es un contribuyente principal al ancho de banda. La constante de tiempo T ₂ se ha medido directamente con espectroscopia de resolución temporal ultrarrápida , como en experimentos de eco de fotones .

¿Cuál es la tasa de desfase de una partícula que tiene una energía E si está sujeta a un entorno fluctuante que tiene una temperatura T ? En particular, ¿cuál es la tasa de desfase cerca del equilibrio ( E~T ), y qué sucede en el límite de temperatura cero? Esta pregunta ha fascinado a la comunidad mesoscópica durante las últimas dos décadas (ver referencias a continuación).

• Fórmula de la tasa de desfase SP

• Imry, Y. (1997). Introducción a la física mesoscópica . Oxford University Press .(Y referencias allí contenidas.)
• Aleiner, IL; Altshuler, BL; Gershenson, ME (1999). "Comentario sobre la "Decoherencia cuántica en sistemas mesoscópicos desordenados"". Physical Review Letters . 82 (15): 3190. arXiv : cond-mat/9808078 . Código Bibliográfico :1999PhRvL..82.3190A. doi :10.1103/PhysRevLett.82.3190. S2CID  119348960.
• Cohen, D.; Imry, Y. (1999). "Desfasaje a bajas temperaturas". Physical Review B . 59 (17): 11143–11146. arXiv : cond-mat/9807038 . Código Bibliográfico :1999PhRvB..5911143C. doi :10.1103/PhysRevB.59.11143. S2CID  51856292.
• Golubev, DS; Schön, G.; Zaikin, AD (2003). "Desfase a baja temperatura y renormalización en sistemas modelo". Revista de la Sociedad Física de Japón . 72 (Supl. A): 30–35. arXiv : cond-mat/0208548 . Código Bibliográfico :2003JPSJ...72S..30S. doi :10.1143/JPSJS.72SA.30. S2CID  119036267.
• Saminadayar, L.; Mohanty, P.; Webb, RA; Degiovanni, P.; Bäuerle, C. (2007). "Coherencia electrónica a bajas temperaturas: el papel de las impurezas magnéticas". Physica E . 40 (1): 12–24. arXiv : 0709.4663 . Bibcode :2007PhyE...40...12S. doi :10.1016/j.physe.2007.05.026. S2CID  13883162.
• Mohanty, P. (2001). "De electrones decoherentes y conductores desordenados". En Skjeltorp, AT; Vicsek, T. (eds.). Complejidad de escalas microscópicas a macroscópicas: coherencia y grandes desviaciones . Kluwer . arXiv : cond-mat/0205274 . Bibcode :2002cond.mat..5274M.
• Frasca, M. (2003). "Saturación del tiempo de desfase en dispositivos mesoscópicos producida por un estado ferromagnético". Physical Review B . 68 (19): 193413. arXiv : cond-mat/0308377 . Bibcode :2003PhRvB..68s3413F. doi :10.1103/PhysRevB.68.193413. S2CID  119498061.