Logran medir una geometría cuántica por vez primera

Unos científicos han medido por primera vez la geometría, o forma, de los electrones en sólidos a nivel cuántico. Ya se sabía cómo medir las energías y velocidades de los electrones en materiales cristalinos, pero hasta ahora, la geometría cuántica de esos sistemas solo podía deducirse teóricamente, o a veces ni siquiera eso.

El logro es obra de un equipo integrado, entre otros, por Mingu Kang y Riccardo Comin, del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Estados Unidos.

Este avance abre nuevas vías para conocer a fondo y manipular las propiedades cuánticas de los materiales.

La técnica puesta a prueba por Kang, Comin y sus colegas podría aplicarse a cualquier tipo de material cuántico, no solo al material con el que se ha probado la técnica.

En el extraño mundo de la física cuántica, un electrón puede describirse como un punto en el espacio y también como una forma equiparable a una onda. El nuevo estudio se ha basado en lo que se denomina “función de onda”, que describe esa segunda naturaleza del electrón. En cierto modo puede considerarse como la forma de una superficie en un espacio tridimensional.

Existen diferentes tipos de funciones de onda, que van desde lo simple a lo complejo. Pensemos en una pelota. Es análoga a una función de onda simple. Ahora pensemos en una cinta de Moebius, el tipo de estructura popularizada por el pintor M.C. Escher en su arte. Esa cinta o banda es análoga a una función de onda compleja. Y el mundo cuántico está lleno de materiales cuya función de onda es compleja.

Sin embargo, hasta ahora, en algunos caso la geometría cuántica de las funciones de onda solo podía deducirse de manera teórica, sin posibilidad de corroborarla, y en otros ni siquiera se podía hacer tal deducción. Esta limitación es muy frustrante, ya que la propiedad es cada vez más importante a medida que los físicos encuentran más y más materiales cuánticos con aplicaciones potenciales en todo tipo de aplicaciones, incluyendo ordenadores cuánticos y otros dispositivos electrónicos y magnéticos avanzados.

Ahora, gracias al éxito de la nueva técnica, será posible conocer mucho mejor las funciones de onda más complejas.

Representación de geometría cuántica para una función de onda de electrón. La esfera se muestra como una aproximación local a la curvatura de la isosuperficie. (Ilustración: Comin Lab / MIT. CC BY-NC-ND 3.0)

Esta investigación ha recibido financiación de la Fuerza Aérea Estadounidense, entre otras fuentes.

Kang, Comin y sus colegas exponen los detalles técnicos de su logro en la revista académica Nature Physics, bajo el título “Measurements of the quantum geometric tensor in solids”. (Fuente: NCYT de Amazings)