Tendencias21

Mezclan luz con moléculas a temperatura ambiente

Científicos de Cambridge (Reino Unido) han mezclado luz con moléculas a temperatura ambiente. Eso se consigue haciendo que los fotones emitidos por la molécula regresen rápidamente a ella, incluso antes de que ‘se hayan ido’, superponiendo estados cuánticos. Para ello, confinaron las moléculas en pequeñas cavidades entre una nanopartícula de oro y un espejo.

Mezclan luz con moléculas a temperatura ambiente

Investigadores de la Universidad de Cambridge (Reino Unido) han utilizado con éxito los estados cuánticos para mezclar una molécula con luz a temperatura ambiente, lo cual ayudará en la exploración de las tecnologías cuánticas y proporcionará nuevas maneras de manipular las propiedades físicas y químicas de la materia.

Cuando una molécula emite un parpadeo de luz, no espera que regrese. Sin embargo los investigadores han logrado colocar moléculas individuales en una cavidad óptica tan pequeña que los fotones, o partículas de luz, emitidos vuelven a la molécula antes de que se hayan ido del todo. La energía oscila hacia adelante y hacia atrás entre la luz y la molécula, lo que produce una mezcla completa de los dos.

Los intentos anteriores para mezclar moléculas con luz habían sido complejos de producir y sólo alcanzables a temperaturas muy bajas, pero ahora los investigadores han desarrollado un método para producir estas moléculas-luz a temperatura ambiente.

Estas interacciones inusuales de moléculas con luz proporcionan nuevas formas de manipular las propiedades físicas y químicas de la materia, y podrían utilizarse para procesar la información cuántica, ayudar a la comprensión de procesos complejos que tienen lugar en la fotosíntesis, o incluso para manipular los enlaces químicos entre los átomos. Los resultados se presentan en la revista Nature.

Para utilizar moléculas individuales de esta manera, los investigadores tuvieron que construir de forma fiable cavidades de solamente una mil millonésima parte de un metro (un nanómetro) de largo, con el fin de atrapar la luz. Utilizaron la pequeña brecha entre una nanopartícula de oro y un espejo, y colocaron dentro una molécula teñida de color.

«Es como una sala de espejos para una molécula, con un espacio cien mil veces más delgado que un cabello humano», dice el profesor Jeremy Baumberg del Centro de Nanofotónica del Laboratorio Cavendish de Cambridge, que dirigió la investigación.

Con el fin de lograr la mezcla luz-molécula, las moléculas de colorante debían colocarse correctamente en el pequeño espacio. «A nuestras moléculas les gusta tumbarse sobre el oro, y fue muy difícil convencerlas para ponerse de pie», dice Rohit Chikkaraddy, autor principal del estudio, en la nota de prensa de Cambridge.

‘Jaulas’ moleculares

Para solucionar esto, el equipo se unió a un equipo de químicos de Cambridge dirigido por el profesor Oren Scherman para encapsular los colorantes en jaulas moleculares con forma de barriles huecos, llamadas cucurbiturils, que son capaces de mantener las moléculas de colorante en la posición vertical deseada.

Entonces, el espectro de dispersión de la molécula se divide en dos estados cuánticos separados, que son el distintivo de esta mezcla. Este espacio de color corresponde a los fotones, que tardan menos de una billonésima de segundo en volver a la molécula.

Un avance clave fue mostrar que era posible crear una fuerte mezcla de la luz y materia con moléculas individuales, incluso con gran absorción de la luz en el metal y a temperatura ambiente. «Encontrar las moléculas requirió meses de recolección de datos», dice Chikkaraddy.

Los investigadores también pudieron observar diferencias en el espacio de color de los estados correspondientes, dependiendo de si había una, dos, o tres moléculas en el hueco.

El equipo de Cambridge colaboró con científicos del Imperial College y del Kings College, ambos de Londres, para comprender el confinamiento y la interacción de la luz en esos pequeños huecos.

Referencia bibliográfica:

Rohit Chikkaraddy, Bart de Nijs, Felix Benz, Steven J. Barrow, Oren A. Scherman, Edina Rosta, Angela Demetriadou, Peter Fox, Ortwin Hess, Jeremy J. Baumberg: Single-molecule strong coupling at room temperature in plasmonic nanocavities. Nature (2016). DOI: 10.1038/nature17974

RedacciónT21

Hacer un comentario

RSS Lo último de Tendencias21

  • Una pequeña luna de Saturno parecida a la “Estrella de la Muerte” de Star Wars contiene un océano oculto 8 febrero, 2024
    Por debajo de la superficie repleta de cráteres de Mimas, una de las lunas más pequeñas de Saturno, se esconde un océano global de agua líquida de reciente formación. El satélite posee tan sólo unos 400 kilómetros de diámetro y presenta un notable parecido con la “Estrella de la Muerte”, una estación espacial imperial que […]
    Pablo Javier Piacente
  • Logran controlar un objeto virtual con la mente durante un sueño lúcido 8 febrero, 2024
    Un grupo de participantes en un nuevo estudio científico logró manejar un vehículo virtual a través de un avatar únicamente con su mente, mientras sus cerebros permanecían en la fase REM del sueño. Además de profundizar en los misterios de la consciencia humana, la innovación podría facilitar el acceso a nuevos desarrollos tecnológicos, como un […]
    Pablo Javier Piacente
  • Un proyecto global trabaja para crear de forma colaborativa un cerebro robótico general 8 febrero, 2024
    El auge de la inteligencia artificial generativa impulsa un proyecto global que trabaja para crear un cerebro robótico general, capaz de generar androides como los que hemos visto hasta ahora solo en la ciencia ficción. Pero es cuestión de tiempo que convivamos con ellos en perfecta armonía. Ya no es una utopía.
    Eduardo Martínez de la Fe
  • La IA está capacitada para resolver dilemas morales cuando conduce vehículos autónomos 8 febrero, 2024
    Los sistemas de IA muestran significativas similitudes éticas con las reacciones humanas ante dilemas morales, lo que los acreditan para conducir vehículos autónomos tal como lo harían las personas.
    Redacción T21
  • Los huracanes se están volviendo tan fuertes que ya no existen categorías para clasificarlos 7 febrero, 2024
    Cinco tormentas en la última década tuvieron velocidades de viento que pertenecen a una hipotética categoría 6 en la escala de huracanes Saffir-Simpson: el fenómeno obligaría a los científicos a crear una nueva clasificación, capaz de reflejar la virulencia de los huracanes en la actualidad. Las causas principales del fenómeno tienen su origen en el […]
    Pablo Javier Piacente
  • Un asteroide habría explotado sobre la Antártida hace unos 2,5 millones de años 7 febrero, 2024
    Un asteroide se desintegró sobre el continente antártico hace aproximadamente 2,5 millones de años: la evidencia proviene de un análisis químico de más de 100 pequeños trozos de roca extraterrestre, que se han preservado dentro de las enormes capas de hielo. Hasta el momento, solo se conocen otros dos eventos de explosiones aéreas antiguas en […]
    Pablo Javier Piacente
  • Crean la primera niña de inteligencia artificial del mundo 7 febrero, 2024
    La primera niña IA del mundo ha sido creada por científicos chinos, que la han dotado de emociones e intelecto y de la capacidad de aprender de forma autónoma. Se comporta como si tuviera tres o cuatro años y representa un avance significativo para el campo de la inteligencia artificial general.
    Redacción T21
  • Oponerse a la regulación de los pesticidas no es la solución al problema de los agricultores 7 febrero, 2024
    Los agricultores que se movilizan en España y Europa se oponen con firmeza a las nuevas regulaciones europeas en materia de pesticidas, lo que representa una amenaza mayor para la salud pública que tener una central nuclear al lado de casa: estos químicos han costado miles de vidas y enfermos crónicos, al tiempo que han […]
    Eduardo Costas | Catedrático de la UCM y Académico de Farmacia
  • El arte existió antes del surgimiento de los humanos modernos 6 febrero, 2024
    Nuevas investigaciones sugieren que nuestros parientes humanos arcaicos, como los neandertales, ya contaban con las capacidades cognitivas para desarrollar arte: el hallazgo de ejemplos cada vez más antiguos de expresión artística en el registro arqueológico confirmaría esta hipótesis. Sin embargo, aún se discute si estas manifestaciones creativas pueden catalogarse como arte.
    Pablo Javier Piacente
  • Descubren una nueva supertierra que podría ser un mundo habitable 6 febrero, 2024
    Un planeta extrasolar del tipo supertierra, denominado TOI-715 b y aproximadamente una vez y media más ancho que la Tierra, podría ser capaz de albergar vida: orbita dentro de la zona habitable de una enana roja, a escasa distancia de nuestro planeta. Además, podría estar acompañado de otro cuerpo planetario, con un tamaño casi idéntico al […]
    Pablo Javier Piacente