UNNE: IMIT publicó articulo de nanofisica en Science

Un novedoso descubrimiento en el campo de la nanofísica fue publicado hoy en Science, una de las revistas científicas más importantes del mundo. Se trata de un trabajo que describe cómo es posible medir y manipular el acople hiperfino de átomos magnéticos aislados en una superficie, que fue desarrollado por un equipo de físicos experimentales y teóricos de distintos países y que contó con el aporte de un investigador del CONICET.

El art√≠culo, titulado¬†Interacci√≥n hiperfina de √°tomos individuales en una superficie, presenta un experimento que posibilita la manipulaci√≥n y el estudio ‚Äď en la escala at√≥mica ‚Äď de metales como el hierro y el titanio, mediante el uso de un microscopio de efecto t√ļnel. Este hallazgo tendr√° aplicaciones para el desarrollo de las¬†tecnolog√≠as cu√°nticas, que se proyectan como la pr√≥xima revoluci√≥n en el campo de la¬†inform√°tica.

Alejandro Ferr√≥n es investigador adjunto del CONICET en el¬†Instituto de Modelado e Innovaci√≥n Tecnol√≥gica (IMIT, CONICET ‚Äď UNNE)¬†y fue uno de los autores del art√≠culo, que cont√≥ con la colaboraci√≥n de cient√≠ficos de Estados Unidos, Corea, Portugal, Suiza, Reino Unido y Espa√Īa. Desde su lugar de trabajo en la ciudad de Corrientes, se encarg√≥ de parte del desarrollo te√≥rico del descubrimiento que se presenta en la publicaci√≥n.

‚ÄúEn este caso, mi aporte consisti√≥ en contribuir a la explicaci√≥n y al an√°lisis de los resultados de los experimentos que se realizaron en un laboratorio de IBM, en California. Una vez realizadas las mediciones, el equipo de te√≥ricos ‚Äď del que form√© parte junto con Joaqu√≠n Fern√°ndez-Rossier y Jos√© Luis Lado ‚Äď analiz√≥ e interpret√≥ lo que pas√≥ con las mediciones de los √°tomos magn√©ticos sobre √≥xido de magnesio, que fueron realizadas con un microscopio de efecto t√ļnel, un complejo equipo que es conocido como STM por sus siglas en ingl√©s (Scanning Tunneling Microscope), combinado con t√©cnicas de resonancia de esp√≠n electr√≥nico, llamada ESR por Electron Spin Resonance‚ÄĚ, detalla el investigador.

Lo novedoso de este nuevo trabajo es que, a diferencia de anteriores, los físicos fueron capaces de modificar el acople hiperfino de los átomos cambiando las condiciones de su ambiente. Normalmente, indica Ferrón, estas características no son de fácil manejo, pero esta técnica hace que sea posible ya que permite moverlos sobre la superficie y ubicarlos en distintas posiciones con precisión en la escala atómica, abriendo un nuevo campo para el desarrollo de nanoestructuras.

El experimento consisti√≥ en colocar √°tomos de hierro y de titanio sobre una doble capa de √≥xido de magnesio, depositada sobre plata. ‚ÄúPara poder lograrlo, se hicieron muchas mediciones que permitieron encontrar is√≥topos de estos √°tomos que tengan esp√≠n nuclear no nulo, algo que ocurre apenas en el 2 por ciento del hierro y el 13 por ciento del titanio, aproximadamente. El esp√≠n es, esencialmente, el momento angular intr√≠nseco que tienen part√≠culas como los electrones y los n√ļcleos at√≥micos y en este caso, lo que busc√°bamos era encontrar la manera de analizar y manipular la interacci√≥n entre el esp√≠n electr√≥nico y el espin nuclear del √°tomo‚ÄĚ, explica Ferr√≥n.

Por los resultados de los estudios preliminares y los cálculos estructurales realizados por los científicos teóricos, los experimentales sabían que, cuando se coloca el hierro sobre el óxido de magnesio, generalmente se acomoda sobre un átomo de oxígeno. El titanio, en cambio, puede depositarse sobre el oxígeno o también en una posición intermedia, a la que llaman puente.

‚ÄúEn las pruebas, colocaron el √°tomo de titanio sobre la posici√≥n puente, midieron con STM combinado con ESR la constante de acople hiperfino ‚Äď a la que llamamos A y nos permite ver qu√© tan fuerte se acopla el esp√≠n nuclear al esp√≠n electr√≥nico ‚Äď, obteniendo A=47 MHz. Luego, utilizando la punta del STM, se logr√≥ desplazar el titanio desde la posici√≥n puente a la posici√≥n sobre el ox√≠geno y la constante disminuy√≥ abruptamente a A=10 MHz. Lo que calculamos, junto al equipo de te√≥ricos, es de qu√© manera los electrones se ubican en los distintos orbitales de esos √°tomos para entender por qu√© el acople hiperfino cambia tanto al pasar de una posici√≥n a otra‚ÄĚ, detalla el investigador.

Los resultados obtenidos en este trabajo tendr√°n aplicaciones vinculadas, entre otras, al desarrollo de las tecnolog√≠as relacionadas a la informaci√≥n cu√°ntica. ‚ÄúUno de los mayores desaf√≠os en el campo de la inform√°tica actual es dise√Īar una¬†computadora cu√°ntica¬†que sea eficiente y barata. En una computadora cl√°sica, la unidad de informaci√≥n es el¬†bit¬†y puede tener el valor de 1 o 0. Su equivalente cu√°ntico opera con¬†qubits, lo que quiere decir que pueden tener la combinaci√≥n de valores: 0 0, 0 1, 1 0 y 1 1 al mismo tiempo. La idea es que esos 0 y esos 1 sean¬†estados de sistemas cu√°nticos, que podr√≠an ser las distintas proyecciones del esp√≠n. Por ejemplo, el esp√≠n electr√≥nico o nuclear de los √°tomos magn√©ticos utilizados en estos experimentos‚ÄĚ, adelanta.

Aunque los procesos que se requieren para guardar y leer informaci√≥n a trav√©s estos sistemas cu√°nticos est√°n bastante claros para los cient√≠ficos, a√ļn no se logr√≥ el desarrollo de estructuras m√°s complejas. Este experimento, seg√ļn explican sus autores, muestra de qu√© manera es posible ‚Äúmanipular‚ÄĚ el esp√≠n y abre el camino para seguir experimentando, en vistas a ese objetivo.

‚ÄúLo que vimos en este trabajo seguramente ser√° parte de la tecnolog√≠a con la que contar√°n los dispositivos que utilizaremos dentro de 20 a√Īos, que ser√°n mucho m√°s potentes y veloces que los que tenemos ahora. Adem√°s, los resultados tambi√©n podr√≠an tener otras aplicaciones m√°s inmediatas en otros campos tecnol√≥gicos‚ÄĚ, estima Ferr√≥n.