F?SICA Electr¨®nica Los cient¨ªficos crean espejismos cu¨¢nticos con ¨¢tomos de cobalto

La curvatura de la luz al crearse espejismos en la atm¨®sfera o la focalizaci¨®n del sonido en un t¨²nel de los susurros son ejemplos cl¨¢sicos de proyecci¨®n basada en mec¨¢nica de ondas con una estructura natural o artificial, como una lente. Ahora los f¨ªsicos van m¨¢s lejos y crean fen¨®menos an¨¢logos a escala min¨²scula. Tres investigadores de EEUU explican en el ¨²ltimo n¨²mero de la revista Nature c¨®mo han logrado hacer espejismos cu¨¢nticos con un ¨¢tomo de cobalto. La cuesti¨®n es si el efecto producido es la mera proyecci¨®n del ¨¢tomo o un ¨¢tomo fantasma.

En los ¨²ltimos a?os, los f¨ªsicos, cruzando una barrera que antes parec¨ªa insalvable, han utilizado un delicado instrumento llamado microscopio de efecto t¨²nel para llegar al sustrato mismo de la materia, llegando a detectar las protuberancias y rendijas de los ¨¢tomos e incluso a cogerlos y cambiarlos de sitio como si fueran granos de arena.En una haza?a que recibi¨® mucha publicidad, en 1990, investigadores de IBM cambiaron de disposici¨®n los 35 ¨¢tomos del elemento xen¨®n para formar las iniciales de su compa?¨ªa. Ahora, en otra demostraci¨®n de destreza subat¨®mica, los cient¨ªficos han creado una especie de reflector cu¨¢ntico, en el que un ¨¢tomo situado en un punto aparece como una presencia fantasmal en otro.

Sala de espejos

Los investigadores del Centro de Investigaci¨®n Almaden de IBM de San Jose, California, utilizando varias docenas de ¨¢tomos de cobalto como ladrillos, erigieron una estructura de forma el¨ªptica, denominada corral cu¨¢ntico, con una longitud aproximada de 20 milmillon¨¦simas de metro, en la superficie de un cristal de cobre. Despu¨¦s utilizaron las paredes del cierre como una diminuta sala de espejos, para proyectar las propiedades de un solo ¨¢tomo a otro punto del cristal, y crear as¨ª lo que ellos llaman espejismo cu¨¢ntico.

La t¨¦cnica se podr¨ªa utilizar como una especie de mecanismo sensorial remoto y permitir¨ªa a los cient¨ªficos investigar la imagen proyectada de un ¨¢tomo sin necesidad de perturbar al original. O el m¨¦todo podr¨ªa perfeccionarse alg¨²n d¨ªa para convertirlo en un medio para enviar se?ales a microprocesadores inform¨¢ticos demasiado peque?os para los cables convencionales.

Pero el descubrimiento puede resultar al menos igual de interesante para los fil¨®sofos que para los ingenieros de Silicon Valley. La creaci¨®n de la sombra at¨®mica plantea la cuesti¨®n de si el reflector cu¨¢ntico est¨¢ meramente proyectando la imagen de un ¨¢tomo o, como sugieren los investigadores en su art¨ªculo, recreando un ¨¢tomo fantasma hecho y derecho en el otro punto.

"?se 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 ingenier¨ªa cu¨¢ntica.

"El espejismo que vemos en el desierto es verdaderamente capaz de interactuar con la materia", dice Manoharan. "Lo podemos fotografiar. La pel¨ªcula reacciona a sus fotones. Este espejismo cu¨¢ntico es real en ese sentido. Reacciona a la punta de nuestro microscopio de efecto t¨²nel. As¨ª que es una imagen, pero tambi¨¦n tiene algo de real".

El corral cu¨¢ntico se cre¨® para aprovechar las propiedades ¨®pticas 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, tambi¨¦n aparecer¨¢ en el foco derecho. Los cient¨ªficos de IBM colocaron un ¨²nico ¨¢tomo de cobalto en un foco de su espejo cu¨¢ntico y despu¨¦s detectaron su presencia en el otro foco, a unas 10 milmillon¨¦simas de metro de distancia.

?Pero era el segundo ¨¢tomo una mera imagen del ¨¢tomo real? "En una habitaci¨®n con forma de espejo el¨ªptico, ver¨ªamos la bombilla en el otro foco", comenta Eric J. Heller, profesor de qu¨ªmica y f¨ªsica en la Universidad de Harvard. "Por tanto, para muchas mediciones, parecer¨ªa que ah¨ª hab¨ªa una bombilla. Pero si se midiera de otra manera -intentando tocarla- no estar¨ªa all¨ª".

El microscopio de efecto t¨²nel, inventado en 1981 por Gerd Binnig y Heinrich Rohrer del Laboratorio de Investigaci¨®n de Zurich de IBM, utiliza como lente una punta met¨¢lica extremadamente delgada que en el extremo tiene el ancho de un solo ¨¢tomo. A trav¨¦s de un efecto met¨¢lico cu¨¢ntico denominado efecto t¨²nel, fluye una diminuta corriente de electricidad de la punta a la superficie del metal que est¨¢ explorando. Cuanto m¨¢s cercana est¨¦ la sonda al objetivo, m¨¢s electricidad fluye. Un ordenador interpreta los sutiles cambios de corriente para realizar un mapa de contorno de las colinas y valles del territorio at¨®mico.

Efecto ex¨®tico

M¨¢s recientemente, los investigadores aprendieron a utilizar la punta de los microscopios como pinzas para coger ¨¢tomos y cambiar su disposici¨®n. En el experimento que ahora se publica, se situ¨® una muestra de cobre en un vac¨ªo y se enfri¨® a 4 grados Kelvin, cerca del cero absoluto, eliminando as¨ª las vibraciones t¨¦rmicas. Se roci¨® el metal con ¨¢tomos de cobalto. Despu¨¦s de unir varias docenas de ¨¢tomos para formar las paredes del corral el¨ªptico, un ¨¢tomo de cobalto muestra un efecto ex¨®tico denominado resonancia Kondo, en honor al cient¨ªfico japon¨¦s Jun Kondo. Actuando como un peque?o im¨¢n, el ¨¢tomo hace que los electrones circundantes del cobre, que tambi¨¦n se pueden considerar peque?os imanes, se alineen en el sentido opuesto.

Manoharan dice que ser¨ªa necesario superar muchos obst¨¢culos t¨¦cnicos antes de poder utilizar el efecto espejismo para enviar se?ales entre los componentes de microprocesadores inform¨¢ticos superminiatura.