Logran observar el movimiento de electrones en un medio superconductor

Se puede obtener mucha información sobre un material según el tipo de luz que se le aplique: la luz visible para el ojo humano nos muestra detalles de su superficie, mientras que los rayos X revelan su estructura interna y la luz infrarroja capta el calor radiante que emite.

Ahora, unos físicos han utilizado radiación en la banda del terahercio para observar, en un material superconductor, vibraciones cuánticas inherentes que no se habían vislumbrado hasta ahora.

La radiación de la banda del terahercio es una forma de radiación electromagnética con una longitud de onda que se encuentra entre la de las microondas y la de la banda infrarroja en el espectro electromagnético. Tiene una frecuencia de más de un billón de oscilaciones por segundo, la velocidad justa para coincidir con la vibración natural de los átomos y electrones dentro de los materiales. En principio, esto convierte a la radiación de la banda del terahercio en la herramienta perfecta para observar esas vibraciones.

Pero si bien la frecuencia es correcta, la longitud de onda (la distancia a lo largo de la cual la onda se repite en el espacio) no lo es. Las ondas de la banda del terahercio tienen longitudes de onda de cientos de micras. Dado que el punto más pequeño en el que se puede enfocar cualquier tipo de luz está limitado por su longitud de onda, los rayos de la banda del terahercio no pueden confinarse con la precisión necesaria. Como resultado, un haz enfocado de radiación de la banda del terahercio es físicamente demasiado grande para interactuar eficazmente con las muestras microscópicas para las que por frecuencia resultaría ideal; simplemente roza estas diminutas estructuras sin revelar detalles finos.

Esta barrera se ha disipado ahora, gracias al trabajo revolucionario que ha realizado el equipo encabezado por Alexander von Hoegen, del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Estados Unidos. Estos científicos han desarrollado un nuevo microscopio para la banda del terahercio que comprime la luz de esa clase a dimensiones microscópicas. Esta luz comprimida de la banda del terahercio puede resolver detalles cuánticos que antes eran inaccesibles.

El equipo utilizó el nuevo microscopio para proyectar luz de la banda del terahercio sobre una muestra de óxido de bismuto-estroncio-calcio-cobre, o BSCCO por sus siglas en inglés, un material que es superconductor a temperaturas relativamente altas. Con el microscopio para la banda del terahercio, el equipo observó un "superfluido" (que no sufría fricción) de electrones bajo los efectos del estado superconductor que oscilaban colectivamente de un lado a otro a frecuencias en la banda del terahercio dentro del material. Este nuevo microscopio permite ver una faceta nunca antes vista de los electrones circulando por un material superconductor, tal como señala Nuh Gedik, del MIT y coautor del trabajo de investigación y desarrollo.

Recreación artística de una onda que se propaga a través de un superconductor en capas. (Ilustración: Sampson Wilcox y Emily Theobald. CC BY-NC-ND 3.0)

Von Hoegen y sus colegas exponen los detalles técnicos de su logro en la revista académica Nature, bajo el título “Imaging a terahertz superfluid plasmon in a two-dimensional superconductor”. (Fuente: NCYT de Amazings)