ILUMINANDO EL MUNDO CUÁNTICO

Edición 2012 - Número 259

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(Noticia publicada originalmente en la página de la Universidad del País Vasco).

La revista científica 'Nature' publica una investigación desarrollada por un grupo de investigadores del Donostia International Physics Center (DIPC) y el Centro de Física de Materiales de San Sebastián (Centro mixto CSIC-UPV/EHU) liderado por el investigador, Javier Aizpurua.

Dicho trabajo ha sido llevado a cabo con la colaboración de la Universidad de Cambridge y la Universidad de Paris-Sud, quedando demostrada así una teoría anticipada por el equipo de Aizpurua que predecía que "la luz interacciona con la materia de forma diferente a escala subnanométrica".

Esta investigación se adentra en una nueva frontera de conocimiento, planteando y demostrando una teoría revolucionaria que fusiona la visión cuántica y clásica del mundo para entender el funcionamiento de las nanoantenas ópticas.

Este nuevo resultado establece un límite cuántico fundamental sobre las dimensiones mínimas en las que podemos atrapar la luz. Además, esta reinterpretación de la interacción entre la luz y la materia a escala subnanométrica podría aportar nuevas maneras de describir y medir el mundo a escala atómica, y abre la puerta a nuevas estrategias para la fabricación de dispositivos tecnológicos optoeléctricos aún más pequeños y a acceder a nuevos límites de resolución en fotoquímica.

"El estudio ha supuesto un arduo trabajo de años que, por primera vez - según subraya Aizpurua - ha permitido ver y comprender los efectos de la mecánica cuántica en antenas ópticas, en condiciones de temperatura y vacío ambientales, al alcance de muy pocos equipos científicos".

Según los expertos, lograr manipular la luz en la nanoescala será la base de una gran parte de las aplicaciones de la próxima revolución tecnológica. En este mismo sentido, cabe apuntar que el Premio Nobel de Física de este año ha sido premiado por abrir una nueva era en la óptica cuántica, los estudios sobre las interacciones de la luz y la materia realizados por Haroche y Wineland. El profesor Wineland trabaja actualmente en el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología americano (NIST) en Colorado, instituto donde Javier Aizpurua desarrolló durante dos años y medio su labor investigadora.

Una teoría y tres equipos de investigación para probarla

El experimento llevado a cabo en la Universidad de Cambridge sitúa dos esferas metálicas con una separación por debajo de un nanómetro (millonésima parte de un milímetro) que es iluminada con luz blanca. En ese instante el vacío existente entre ellas adquiere color gracias a la interacción de los electrones de su superficie con la luz. El haz de luz 'empuja' los electrones y los hace oscilar, lo que aporta un color rojo a la cavidad. A medida que las esferas se acercan la carga se va acumulando en las caras de la cavidad y este color rojo se va intensificando.

Se ha comprobado que cuando la distancia entre ambas se reduce por debajo de 0,35 nanómetros, esta acumulación de carga puede verse reducida debido al efecto túnel, gracias al cual los electrones pueden saltar de una esfera a otra sin que éstas estén en contacto pasando el color rojo del vacío de la cavidad a azul. El cambio de color de la cavidad supone la 'huella cromática' que identifica, precisamente, la puesta en marcha del régimen cuántico predicho por el equipo de Aizpurua.

La teoría validada abre la puerta a nuevas investigaciones sobre efectos no estudiados hasta la fecha en antenas ópticas o ni siquiera descubiertos. "Esperamos haber contribuido a que otros investigadores puedan así profundizar y llegar a conclusiones revolucionarias", explica el científico donostiarra. Y es que los comportamientos de la luz en la nanoescala iluminan amplios horizontes.

Un beso cuántico

"Para comprender este experimento se sugiere imaginar este efecto de manera similar a la tensión que se va acumulando entre una pareja que se mira fijamente mientras flirtea y se va aproximando. La tensión, carga de electrones, crece según más se acercan sus caras, y se libera finalmente a través de un beso, intercambio de electrones. Volviendo al experimento, hay que matizar que ese beso cuántico se produce sin que los labios lleguen a tocarse, es un beso virtual. Para valorar la dificultad del experimento, el equipo experimental de Cambridge explica que alinear dos nano-partículas de oro es como cerrar los ojos e intentar que dos agujas sostenidas con los dedos se toquen por ambas puntas".

La investigación ha sido financiada por el Gobierno Vasco a través de Ikerbasque y del proyecto Etortek de nanociencia y nanotecnología, así como por la iniciativa de la Unión Europea a través del proyecto Eranet CUBIHOLE que vinculó originalmente a los tres equipos involucrados en el estudio. Parte de este trabajo se desarrolló durante la estancia que disfrutó el Profesor Baumberg como Ikerbasque Visiting Professor en el DIPC.

Al quedar probada la teoría predicha, se abren nuevas fronteras de conocimiento en el campo de la interacción de la luz con la materia a escalas subnanométricas "muy poco accesibles para la comunidad científica que trabaja en nanoóptica" según puntualiza Aizpurua.

Javier Aizpurua volvió a San Sebastián tras investigar en Suecia y Estados Unidos. Es Doctor en Ciencias Físicas y responsable de la línea de investigación en Nanofotónica en el Centro de Física de Materiales de San Sebastián y el Donostia International Physics Center, desde donde lidera varios proyectos de investigación internacional colaborando con equipos de vanguardia mundial en el campo de la nanofotónica. La actual publicación de su estudio en la revista de ciencia 'Nature' se suma a sus cerca de 100 publicaciones en revistas internacionales que computan miles de citas. Compagina su actividad investigadora con la organización de encuentros y conferencias internacionales en el ámbito de la nanociencia y los nanomateriales y la impartición de seminarios en universidades y centros tecnológicos de todo el mundo. Además, es director de cinco tesis doctorales en la UPV/EHU y supervisor de cinco investigaciones postdoctorales.

Referencia publicación: "Revealing the quantum regime in tunnelling plasmonics". Kevin J. Savage, Matthew M. Hawkeye, Rubén Esteban, Andrei G. Borisov, Javier Aizpurua, and Jeremy J. Baumberg. Nature. DOI 10.1038/nature11653

URL: http://www.prentsa.ehu.es/p251-content/es/contenidos/noticia/20121108_ja...
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