Descubren un intrigante orden en el caos

Dado que el caos es justo lo opuesto al orden, nadie esperaría ver orden en el caos. Sin embargo, eso es lo que han observado unos científicos en un intrigante experimento.

Un equipo internacional integrado, entre otros, por Jairo Velasco Jr y Zhehao Ge, de la Universidad de California en Santa Cruz (UCSC), y Eric Heller, de la Universidad Harvard, en Estados Unidos ambas instituciones, ha logrado confirmar una teoría planteada por primera vez hace 40 años que afirmaba que los electrones confinados en un espacio cuántico se moverían siguiendo trayectorias comunes en vez de producir un revoltijo caótico de trayectorias.

Los electrones poseen propiedades tanto de partícula como de onda: no vuelan como simples proyectiles. Los electrones se comportan de formas que a menudo parecen desafiar la lógica y, bajo determinadas condiciones, sus ondas pueden interferir entre sí de forma que concentren sus respectivos movimientos siguiendo ciertos patrones.

Para lograr generar y observar ese fenómeno en el laboratorio de Velasco Jr, fue necesaria una intrincada combinación de técnicas avanzadas de captación de imagen y un control preciso del comportamiento de los electrones en el grafeno, un material muy utilizado en investigación porque sus propiedades únicas y su estructura bidimensional (por tener el grosor de un átomo) lo hacen ideal para observar efectos cuánticos.

En su experimento, el equipo de Velasco Jr utilizó la sonda de punta fina de un microscopio de efecto túnel para crear primero una trampa para electrones y, a continuación, acercarse a una superficie de grafeno para detectar los movimientos de los electrones sin perturbarlos físicamente.

El patrón de las cicatrices cuánticas captado en el laboratorio de Jairo Velasco Jr. (Imagen: Velasco Lab)

La ventaja de que los electrones sigan órbitas cerradas dentro de un espacio confinado es que las propiedades de la partícula subatómica se conservan mejor al desplazarse de un punto a otro. Esto puede tener enormes repercusiones prácticas para la electrónica cotidiana, ya que permitiría que la información codificada en las propiedades de un electrón pudiera transferirse sin pérdidas, lo que posiblemente daría lugar a transistores más eficientes y con menor consumo de energía. “Uno de los aspectos más prometedores de este descubrimiento es su posible uso en el procesamiento de la información”, enfatiza Velasco Jr. “Al alterar ligeramente estas órbitas, los electrones podrían viajar de forma predecible a través de un dispositivo, transportando información de un extremo a otro”.

En física, este fenómeno en el trazado seguido por los electrones se conoce como “cicatrices cuánticas”.

Las cicatrices cuánticas, además de ser aprovechables para la electrónica cotidiana, constituyen ventanas privilegiadas al extraño mundo cuántico, tal como subraya Heller.

Velasco Jr, Ge, Heller y sus colegas exponen los detalles técnicos de su experimento en la revista académica Nature, bajo el título “Direct visualization of relativistic quantum scars in graphene quantum dots”. (Fuente: NCYT de Amazings)