Físicos argentinos y alemanes fabricaron cristales de tiempo
Es un avance científico argentino-alemán que podría influir en la transmisión ultrarrápida de información. Casi la totalidad de los experimentos se realizaron en Bariloche. El trabajo fue publicado en la revista Science
En una serie de experimentos, científicos de Argentina y Alemania lograron crear en un material sólido un estado dinámico novedoso a nivel mundial. Lo denominan cristal de tiempo por la periodicidad de sus oscilaciones en ausencia de una perturbación externa dependiente del tiempo.
Utilizaron un láser, una mesa óptica y una única nano cavidad, que funciona como una "trampa" de espejos diminutos, para acoplar luz, electrones y sonido. El reporte acaba de ser publicado en la prestigiosa revista Science.
Casi la totalidad del trabajo experimental fue hecho en Bariloche, por docentes e investigadores del Instituto Balseiro y del Centro Atómico Bariloche, la Comisión Nacional de Energía Atómica , el Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas y el Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. El crecimiento del material semiconductor de las nano cavidades y algunas mediciones específicas se hicieron en el Paul-Drude-Institut, de Alemania.
El equipo de físicos destacó que las frecuencias medidas en los experimentos son del rango del ultrasonido, de 20 GHz. Este avance podría ayudar a traducir señales ópticas y de microondas para desarrollar un procesamiento ultrarrápido de información e incluso impactar en el desarrollo de la computación cuántica.
Parte del equipo de investigación del Centro Atómico Bariloche
Mediante el control de la potencia de un láser externo descubrieron que el sistema, formado a partir de la interacción entre luz, electrones y sonido, genera su propia dinámica oscilatoria donde todo el sistema oscila al unísono, como el "tic tac" de un reloj, con una frecuencia determinada por la frecuencia de las vibraciones mecánicas.
En otras palabras, con un láser externo que impacta en una única nano cavidad, primero generaron un condensado de polaritones, producto de la interacción entre la luz (fotones) con los electrones. Luego, ese condensado genera vibraciones mecánicas (fonones) de la nano cavidad, las cuales retroalimentan el sistema y fijan la frecuencia de oscilación.
Tiempo y patrones
El concepto de cristal de tiempo original fue propuesto en 2012 por el premio nobel en Física Frank Wilczek, en una analogía con los cristales ordinarios que siguen patrones en su organización espacial. Wilczek propuso que la materia sólida podía también ser periódica en el tiempo en su estado más estable. Esto es, que el material podría tener oscilaciones con un dado patrón en el tiempo, sin necesidad de perturbaciones externas. Sin embargo diversos trabajos en el mundo demostraron que ese concepto -en su planteo original- era incorrecto.
"Como pasa en ciencia, la propuesta de Wilczek, aunque equivocada, generó preguntas y sirvió de semilla para la aparición de distintas propuestas alternativas como los cristales de tiempo que investigamos en este trabajo, sistemas interactuantes que presentan una respuesta periódica inducida por la perturbación de un láser externo continuo", explicó Gonzalo Usaj, uno de los autores del artículo de Science.
En los experimentos realizados en Bariloche, los científicos observaron tres fases de cristales de tiempo con comportamientos periódicos y distintas frecuencias en respuesta al aumento de la potencia del láser externo.
Primero observaron cristales continuos cuando el láser tiene una potencia relativamente baja y donde el condensado empieza a oscilar a una frecuencia determinada por el propio condensado.
Luego observaron una fase de cristales estables cuando se usa una potencia de láser mayor y el condensado fija su frecuencia con la de las vibraciones mecánicas de la nano cavidad, también de forma periódica como un reloj.
Finalmente, al aumentar más la potencia del láser, midieron una fase de cristales discretos, cuando el sistema oscila a la mitad de la frecuencia previa, correspondiente al ultrasonido (20 Gigahertz).
"La observación fue inicialmente experimental. Ya sabíamos que los polaritones y los fonones interactúan fuertemente pero había huecos en las observaciones. Diría que el hallazgo más grande fue entender que los experimentos estaban demostrando que el sistema estaba oscilando por su cuenta", dijo Ignacio Carraro-Haddad, primer autor del paper publicado y doctorando en Física del Balseiro.
