Desarrollan un microscopio de túnel de barrido único con refrigeración magnética para estudiar los efectos cuánticos
"El enfriamiento adiabático es un verdadero salto cuántico para la microscopía de barrido en túnel"
Los microscopios de efecto túnel capturan imágenes de materiales con precisión atómica y pueden utilizarse para manipular moléculas o átomos individuales. Los investigadores llevan muchos años utilizando estos instrumentos para explorar el mundo de los fenómenos nanoscópicos. Un nuevo enfoque de los físicos del Forschungszentrum Jülich está creando ahora nuevas posibilidades de utilizar los dispositivos para estudiar los efectos cuánticos. Gracias a la refrigeración magnética, su microscopio de efecto túnel funciona sin piezas móviles y casi sin vibraciones a temperaturas extremadamente bajas, de hasta 30 milikelvin. El instrumento puede ayudar a los investigadores a desvelar las excepcionales propiedades de los materiales cuánticos, que son cruciales para el desarrollo de ordenadores y sensores cuánticos.
El Prof. Stefan Tautz (izquierda abajo), el Dr. Taner Esat (izquierda arriba) y el Prof. Ruslan Temirov (derecha) en el microscopio cuántico de Jülich
Copyright: Forschungszentrum Jülich / Sascha Kreklau
Los físicos consideran que el rango de temperatura cercano al cero absoluto es un área de investigación especialmente interesante. Las fluctuaciones térmicas se reducen al mínimo. Las leyes de la física cuántica entran en juego y revelan propiedades especiales de los materiales. La corriente eléctrica fluye entonces libremente sin ninguna resistencia. Otro ejemplo es el fenómeno llamado superfluidez: los átomos individuales se funden en un estado colectivo y se mueven unos junto a otros sin fricción.
Estas temperaturas extremadamente bajas también son necesarias para investigar y aprovechar los efectos cuánticos para la informática cuántica. Investigadores de todo el mundo, así como del Forschungszentrum Jülich, persiguen actualmente este objetivo a toda velocidad. Los ordenadores cuánticos podrían ser muy superiores a los superordenadores convencionales para determinadas tareas. Sin embargo, el desarrollo aún está en sus inicios. Un reto clave es encontrar materiales y procesos que hagan posible arquitecturas complejas con bits cuánticos estables.
"Creo que un microscopio versátil como el nuestro es la herramienta ideal para esta fascinante tarea, porque permite visualizar y manipular la materia a nivel de átomos y moléculas individuales de muchas maneras diferentes", explica Ruslan Temirov, del Forschungszentrum Jülich.
A lo largo de años de trabajo, él y su equipo han equipado un microscopio de túnel de barrido con refrigeración magnética para este fin. "Nuestro nuevo microscopio se diferencia de todos los demás de forma similar a como un coche eléctrico se diferencia de un vehículo con motor de combustión", explica el físico de Jülich. Hasta ahora, los investigadores dependían de un tipo de combustible líquido, una mezcla de dos isótopos de helio, para llevar los microscopios a temperaturas tan bajas. "Durante el funcionamiento, esta mezcla de refrigeración circula continuamente a través de finos tubos, lo que provoca un mayor ruido de fondo", dice Temirov.
El dispositivo de refrigeración del microscopio de Jülich, en cambio, se basa en el proceso de desmagnetización adiabática. El principio no es nuevo. Se utilizó en los años 30 para alcanzar por primera vez en el laboratorio temperaturas inferiores a 1 kelvin. Para el funcionamiento de los microscopios, tiene varias ventajas, dice Ruslan Temirov: "Con este método, podemos enfriar nuestro nuevo microscopio simplemente cambiando la intensidad de la corriente eléctrica que pasa por una bobina electromagnética. Así, nuestro microscopio no tiene partes móviles y prácticamente no tiene vibraciones".
Los científicos de Jülich son los primeros que han construido un microscopio de barrido en túnel utilizando esta técnica. "La nueva tecnología de refrigeración tiene varias ventajas prácticas. No sólo mejora la calidad de las imágenes, sino que también simplifica el funcionamiento de todo el instrumento y el montaje completo", afirma el director del instituto, Stefan Tautz. Gracias a su diseño modular, el microscopio cuántico de Jülich también se mantiene abierto a los avances técnicos, añade, ya que las actualizaciones se pueden implementar fácilmente.
"La refrigeración adiabática es un verdadero salto cuántico para la microscopía de barrido en túnel. Las ventajas son tan importantes que ahora estamos desarrollando un prototipo comercial como siguiente paso", explica Stefan Tautz. Las tecnologías cuánticas son actualmente el centro de muchas investigaciones. Por tanto, el interés de muchos grupos de investigación por un instrumento de este tipo está asegurado.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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