Usar las fluctuaciones cuánticas del vacío para alterar las propiedades físicas de la materia

Suena a ciencia-ficción, pero es real: unos científicos han confirmado que las fluctuaciones cuánticas del vacío en espacios libres de un material bidimensional (con un grosor del orden del átomo) pueden cambiar drásticamente las propiedades físicas de un cristal cercano, bajo las condiciones idóneas para aprovechar el efecto.

El logro es obra de un equipo integrado, entre otros, por Itai Keren y Dmitri Basov, de la Universidad de Columbia en la ciudad estadounidense de Nueva York.

Nunca nada en nuestro interior ni a nuestro alrededor está quieto. Incluso en el vacío y a una temperatura tan baja que todo movimiento, si nos atenemos a la física clásica, debería detenerse, se encuentran fluctuaciones cuánticas. En materiales bidimensionales, estas fluctuaciones cuánticas se traducen, entre otras cosas, en vibraciones aleatorias que pueden alterar los campos electromagnéticos, un fenómeno que algunos físicos teóricos han postulado que podría ser muy útil para modificar materiales.

"Es un Santo Grial que hemos estado buscando durante décadas", enfatiza Basov. "Y creemos haberlo encontrado".

Basov, Keren y una treintena de colaboradores de 17 instituciones aunaron esfuerzos para determinar si, por sí solas, las fluctuaciones cuánticas provenientes de los vacíos en capas atómicas de materiales bidimensionales pueden alterar las propiedades de un cristal cercano más grande, una posibilidad teórica que ahora se ha verificado experimentalmente por primera vez.

El equipo colocó una lámina nanométrica de nitruro de boro hexagonal sobre el material superconductor, concretamente uno denominado κ-(BEDT-TTF)₂Cu[N(CN)₂]Br.

Las fluctuaciones cuánticas presentes entre las capas de nitruro de boro hexagonal vibran a una resonancia característica que coincide con la de ese material superconductor.

La coincidencia entre ambas resonancias hizo, tal como los autores del estudio pensaron que ocurriría, que surgiera una interacción.

Con esa interacción, el medio electromagnético en el cristal del citado material superconductor cambia de tal manera que impide el movimiento de sus electrones, evitando que alcancen un estado colectivo superconductor. Al probar el nitruro de boro hexagonal con un superconductor que tiene un conjunto diferente de resonancias, ese fenómeno de bloqueo no ocurrió.

Los campos fluctuantes en el nitruro de boro hexagonal afectan a la densidad de superfluido de un superconductor cercano. (Ilustración: Ella Maru Studio)

Basov, Keren y sus colegas exponen los detalles técnicos de su experimento y del fenómeno observado en la revista académica Nature, bajo el título “Cavity-altered superconductivity”. (Fuente: NCYT de Amazings)