Nanopartículas innovadoras, óptica y tecnología de ondas de materia establecen nuevas fronteras en la ciencia cuántica
Este proyecto financiado mediante el programa de Tecnologías Futuras y Emergentes (TFE) tenía un alcance y unos objetivos científicos muy ambiciosos, tal como explica el coordinador del proyecto, el profesor Markus Arndt de la Universidad de Viena. Ha sido el primer equipo del mundo que ha observado la deslocalización cuántica de moléculas complejas y nanopartículas, en las cuales los objetos individuales pueden estar compuestos por docenas, y hasta muchos cientos, de átomos fuertemente enlazados y, a pesar de todo, estar deslocalizados en escalas de micras y tiempos de hasta 10 ms.Pese a sus profundos fundamentos teóricos, NANOQUESTFIT también está claramente orientado hacia la tecnología. Esto incluye el desarrollo de nuevos métodos de síntesis química y nanofabricación para preparar macromoléculas y nanopartículas a medida, haces de los cuales se podrían preparar en alto vacío con baja velocidad (y se podrían detectar con una sensibilidad de hasta una sola molécula). Las tecnologías cuánticas también se promovieron mediante el desarrollo de divisores de haz de ondas de materias ultrafinos, hasta el nivel de una sola lámina de grafeno, así como el estudio de las rejillas de difracción por reflexión. NANOQUESTFIT también mostró que un solo fotón absorbido puede actuar como divisor de haz coherente sobre una sola macromolécula. «Muy en particular, nuestro proyecto también sirve como base para las realizaciones emergentes de metrología molecular, que permite medir propiedades de moléculas y nanopartículas con una alta sensibilidad porque las ondas de materia permiten formar franjas de interferencia cuántica que actúan como reglas nanométricas», comentó el profesor Arndt. Estudio de la naturaleza óptica de las ondas NANOQUESTFIT ha explorado la naturaleza de la materia como ondas ópticas, sobre la base del hecho de que la ley más fundamental de la física cuántica no relativista, la ecuación de Schrödinger, predice que incluso los objetos masivos pueden propagar entidades similares a las ondas y deslocalizarse en el espacio macroscópico después de prepararse adecuadamente y dejarse sin perturbar. Esto se describe coloquialmente como la capacidad de que cada partícula pueda estar en varios lugares a la vez. Los elementos ópticos cuánticos dividen la función de onda mecánicocuántica de cada molécula o agregado individual incidente de forma coherente, esto es, con una relación de fase fija, en distintas rutas que, después, se pueden recombinar con la ayuda de uno o más divisores de haz. «En NANOQUESTFIT hemos avanzado mucho en este sentido. Algunos compañeros han diseñado nuevos elementos nanomecánicos con este fin. Se han esculpido hasta atravesarlos con orificios diminutos, de tan solo 50 nm, organizados con un período de 100 nm», continuó explicando el profesor Arndt. «Se observó que todos resultaban útiles como divisores de haces de ondas de materia. Creo que la comunidad también encontrará interesante volver a considerar la potencia de las máscaras de difracción mecánicas. Son compactas, robustas y no requieren ninguna energía. Pueden aportar numerosas ventajas para obtener interferómetros atómicos compactos». Próximos pasos para NANOQUEST El profesor Arndt confirmó que la detección de ondas de materia es el siguiente objetivo concreto, pero admitió que todavía es necesario perfeccionar la tecnología. El equipo del proyecto planea desarrollar esta metodología, también con la colaboración de una empresa de láseres internacional y ampliando la comunidad a la física de la ciencia de materiales y de agregados. Los socios del proyecto también están analizando otras ideas que están mucho más próximas a una posible comercialización. Se refieren a las necesidades locales y a aspectos de la investigación diaria, para facilitar el trabajo en los laboratorios de láseres o con espectrómetros de masas. «Esto suele suceder en muchos proyectos. Surgen distintas ideas adicionales que pueden ser valiosas para otros, independientemente del proyecto original», explica el profesor Arndt. «Pero la metrología de moléculas/agregados/moléculas mejorada mediante ondas de materia es una de las más importantes de la lista de tareas y recibirá un impulso importante.
Palabras clave
NANOQUESTFIT, óptica UV, divisores de onda de materia, detección de ondas de materia, elementos nanomecánicos, nanopartículas, grafeno, TFE, Tecnologías futuras y emergentes
