FÍSICA Electrónica Los científicos crean espejismos cuánticos con átomos de cobalto

La curvatura de la luz al crearse espejismos en la atmósfera o la focalización del sonido en un túnel de los susurros son ejemplos clásicos de proyección basada en mecánica de ondas con una estructura natural o artificial, como una lente. Ahora los físicos van más lejos y crean fenómenos análogos a escala minúscula. Tres investigadores de EEUU explican en el último número de la revista Nature cómo han logrado hacer espejismos cuánticos con un átomo de cobalto. La cuestión es si el efecto producido es la mera proyección del átomo o un átomo fantasma.

En los últimos años, los físicos, cruzando una barrera que antes parecía insalvable, han utilizado un delicado instrumento llamado microscopio de efecto túnel para llegar al sustrato mismo de la materia, llegando a detectar las protuberancias y rendijas de los átomos e incluso a cogerlos y cambiarlos de sitio como si fueran granos de arena.En una hazaña que recibió mucha publicidad, en 1990, investigadores de IBM cambiaron de disposición los 35 átomos del elemento xenón para formar las iniciales de su compañía. Ahora, en otra demostración de destreza subatómica, los científicos han creado una especie de reflector cuántico, en el que un átomo situado en un punto aparece como una presencia fantasmal en otro.

Sala de espejos

Los investigadores del Centro de Investigación Almaden de IBM de San Jose, California, utilizando varias docenas de átomos de cobalto como ladrillos, erigieron una estructura de forma elíptica, denominada corral cuántico, con una longitud aproximada de 20 milmillonésimas de metro, en la superficie de un cristal de cobre. Después utilizaron las paredes del cierre como una diminuta sala de espejos, para proyectar las propiedades de un solo átomo a otro punto del cristal, y crear así lo que ellos llaman espejismo cuántico.

La técnica se podría utilizar como una especie de mecanismo sensorial remoto y permitiría a los científicos investigar la imagen proyectada de un átomo sin necesidad de perturbar al original. O el método podría perfeccionarse algún día para convertirlo en un medio para enviar señales a microprocesadores informáticos demasiado pequeños para los cables convencionales.

Pero el descubrimiento puede resultar al menos igual de interesante para los filósofos que para los ingenieros de Silicon Valley. La creación de la sombra atómica plantea la cuestión de si el reflector cuántico está meramente proyectando la imagen de un átomo o, como sugieren los investigadores en su artículo, recreando un átomo fantasma hecho y derecho en el otro punto.

"Ése es uno de los grandes interrogantes", afirma Hari Manoharan, a quien se unieron en el experimento Christopher P. Lutz y Donald M. Eigler, pionero en la ingeniería cuántica.

"El espejismo que vemos en el desierto es verdaderamente capaz de interactuar con la materia", dice Manoharan. "Lo podemos fotografiar. La película reacciona a sus fotones. Este espejismo cuántico es real en ese sentido. Reacciona a la punta de nuestro microscopio de efecto túnel. Así que es una imagen, pero también tiene algo de real".

El corral cuántico se creó para aprovechar las propiedades ópticas naturales de una elipse: tiene dos puntos focales. De esa forma, la imagen de un objeto -una bombilla, por ejemplo- que brilla en el foco izquierdo de un espejo con forma de elipse, también aparecerá en el foco derecho. Los científicos de IBM colocaron un único átomo de cobalto en un foco de su espejo cuántico y después detectaron su presencia en el otro foco, a unas 10 milmillonésimas de metro de distancia.

¿Pero era el segundo átomo una mera imagen del átomo real? "En una habitación con forma de espejo elíptico, veríamos la bombilla en el otro foco", comenta Eric J. Heller, profesor de química y física en la Universidad de Harvard. "Por tanto, para muchas mediciones, parecería que ahí había una bombilla. Pero si se midiera de otra manera -intentando tocarla- no estaría allí".

El microscopio de efecto túnel, inventado en 1981 por Gerd Binnig y Heinrich Rohrer del Laboratorio de Investigación de Zurich de IBM, utiliza como lente una punta metálica extremadamente delgada que en el extremo tiene el ancho de un solo átomo. A través de un efecto metálico cuántico denominado efecto túnel, fluye una diminuta corriente de electricidad de la punta a la superficie del metal que está explorando. Cuanto más cercana esté la sonda al objetivo, más electricidad fluye. Un ordenador interpreta los sutiles cambios de corriente para realizar un mapa de contorno de las colinas y valles del territorio atómico.

Efecto exótico

Más recientemente, los investigadores aprendieron a utilizar la punta de los microscopios como pinzas para coger átomos y cambiar su disposición. En el experimento que ahora se publica, se situó una muestra de cobre en un vacío y se enfrió a 4 grados Kelvin, cerca del cero absoluto, eliminando así las vibraciones térmicas. Se roció el metal con átomos de cobalto. Después de unir varias docenas de átomos para formar las paredes del corral elíptico, un átomo de cobalto muestra un efecto exótico denominado resonancia Kondo, en honor al científico japonés Jun Kondo. Actuando como un pequeño imán, el átomo hace que los electrones circundantes del cobre, que también se pueden considerar pequeños imanes, se alineen en el sentido opuesto.

Manoharan dice que sería necesario superar muchos obstáculos técnicos antes de poder utilizar el efecto espejismo para enviar señales entre los componentes de microprocesadores informáticos superminiatura.