Controlar el núcleo del átomo a través de campos eléctricos solo era posible en teoría. Hasta ahora para controlarlo en la práctica, la física cuántica lo hacía a través de campos magnéticos, generados mediante grandes bobinas y altas corrientes en vastos espacios. Los recientes hallazgos de un equipo de ingenieros de la Universidad de Nueva Gales del Sur, en Australia, consiguieron resolver esta incógnita que intriga a los físicos hace más de 50 años.
“Control eléctrico coherente de un solo núcleo de alto giro en silicio” es un trabajo recientemente publicado en la revista científica Nature.
La investigación parte de una idea propuesta en 1961 por Nicolaas Bloembergen – premio Nobel de Física en 1981-, quien proponía que el giro de un átomo se podía controlar a través de campos eléctricos, más sencillos de generar que los campos magnéticos. Sin embargo, esto no se había podido corroborar en la práctica.
El giro del núcleo del átomo
El descubrimiento abre nuevas vías para la construcción de ordenadores cuánticos sin la necesidad de campos magnéticos oscilantes para su operación y para responder cuestiones fundamentales de la ciencia cuántica.
Las leyes de la física apuntan a que los campos magnéticos son difíciles de limitar a espacios muy pequeños. Mientras, los campos eléctricos se pueden generar en la punta de un electrodo, lo que facilitaría su integración en dispositivos a nanoescala de múltiples giros. Los campos eléctricos permitirían seleccionar o localizar los giros.
El hallazgo de los ingenieros es una completa casualidad, puesto que el equipo lo que buscaba en realidad era hacer una resonancia magnética nuclear en un solo átomo de antimonio. Sin embargo, durante la investigación el núcleo del átomo no respondía a ciertas frecuencias, más exhibía una fuerte respuesta a otras.
Un hallazgo incomprensible
En un primer momento, los investigadores no lograron entender su hallazgo. En realidad, habían fabricado un dispositivo con un átomo de amonio y una antena especial. A esta antena le aplicaron mucha potencia hasta hacerla explotar. Pero en lugar de desechar el dispositivo luego de la explosión, el experimento seguía funcionando y la antena estaba creando un campo eléctrico fuerte en lugar de un campo magnético, reseña ABC.
El paso siguiente a controlar el núcleo del átomo fue utilizar modelos informáticos para entender la influencia del campo eléctrico en el giro del núcleo. Los datos arrojaron que el campo eléctrico generado es mucho más eficiente y focalizado.
Un espín (giro) nuclear es la propiedad de las partículas elementales, cuyos control y detección se hacen a través de la resonancia magnética, técnica ampliamente utilizada en química, medicina, ciencias de materiales y minería.
El control de los núcleos a través de campos magnéticos complica su integración en nanodispositivos, dado que los campos magnéticos necesitan amplios espacios. No se pueden localizar ni seleccionar. El hallazgo de que el núcleo del átomo se pueda manejar con campos eléctricos, permite la integración del control de los espines nucleares es dispositivos a nanoescala.
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