GEORGE JOHNSON (NYT) , Nueva York
( 09-02-00)
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.
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 EE UU
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.