Delocalizzazione di un sistema bosonico disordinato con interazione repulsiva

Lo studio degli effetti combinati delle interazioni e del disordine è la chiave per la comprensione di molti sistemi quantistici, quali i superconduttori, il grafene, i fotoni in mezzi disordinati o l'elio superfluido in mezzi porosi. Un fenomeno importante non ancora caratterizzato è la competizione tra il disordine, che tende a localizzare le particelle, e una debole interazione repulsiva, la quale hainvece un effetto di delocalizzazione. Non è stato possibile fino ad ora compiere uno studio sistematico di questo fenomeno perché nella maggior parte dei sistemi fisici a disposizione non è possibile controllare indipendentemente il disordine e le interazioni. In questo lavoro abbiamo usato per la prima volta un condensato di Bose-Einstein di atomi ultrafreddi con interazione accordabile ed un reticolo quasiperiodico, la forma più semplice di un quasicristallo, per studiare questo fenomeno. In particolare, abbiamo studiato come sia le proprietà di coerenza di fase che la distribuzione di impulso del sistema variano al variare dell'interazione e del disordine. Abbiamo osservato un passaggio da un regime di localizzazione di Anderson per debole interazione e disordine sufficientemente forte, ad un regime di delocalizzazione analogo alla condensazione di Bose-Einstein per più forte interazione. Più in dettaglio, abbiamo osservato un passaggio graduale attraverso tre fasi: 1) un vetro di Aderson con localizzazione esponenziale per debolissima interazione; 2) una fase di vetro di Bose per interazione intermedia; 3) una fase di condensato esteso per interazione forte. Tutto questo è una dimostrazione della capacità dell'interazione di ristabilire la coerenza a lungo raggio distrutta dal disordine. Questo studio apre la strada alla comprensione di altri regimi inesplorati nella fisica dei sistemi disordinati e interagenti. Studi futuri con questo sistema potrebbero dare una soluzione a problemi aperti sulle fasi quantistiche di tipo metallico e isolante che ci si aspetta in sistemi sia bosonici che fermionici con forti correlazioni e disordine.

Autori: B. Deissler, M. Zaccanti, G. Roati, C. D'Errico, M. Fattori, M. Modugno, G. Modugno, M. Inguscio

Titolo: Delocalization of a disordered bosonic system by repulsive interactions"

Rivista: Nature Physics

Anno: 2010

Riferimenti bibliografici: 6 (2010) 354-358