Por primera vez se conoce la forma de un electrón

Pixabay

Medir y describir el mundo en sus escalas más grandes es relativamente sencillo. Hacerlo en las más pequeñas, en cambio, es un asunto complicado. No ha sido hasta que un equipo internacional de físicos ha estudiado el electrón en un átomo artificial que hemos aprendido de su forma. La investigación ha sido publicada en las revistas Physical Review Letters y Physical Review B.

El estudio, liderado por los profesores Dominik Zumbühl y Daniel Loss del Departamento de Física y el Instituto Suizo de Nanociencia de la Universidad de Basilea, desarrolló un método mediante el cual pueden determinar espacialmente la geometría de los electrones en puntos cuánticos.

Átomos artificiales

Un punto cuántico es una trampa potencial que permite limitar los electrones libres en un área de aproximadamente 1.000 veces más grande que un átomo natural. Debido a que los electrones atrapados se comportan de manera similar a los electrones unidos a un átomo, los puntos cuánticos también se conocen como "átomos artificiales".

El electrón se mantiene en el punto cuántico por campos eléctricos; pero se mueve dentro del espacio y, con diferentes probabilidades correspondientes a una función de onda permaneciendo en ubicaciones específicas dentro de su confinamiento.  Esto les “permitió calcular la forma de la función de onda de un electrón dentro del punto cuántico, hasta escalas incluso más pequeñas que un nanómetro”.

"En pocas palabras, podemos usar este método para mostrar cómo se ve un electrón por primera vez", explica Loss. Sin embargo, además los investigadores pudieron cambiar la forma en que se mueven los electrones, controlando sus giros de una manera muy precisa. Esto podría tener grandes implicaciones en el desarrollo de tecnologías como la computación cuántica.

La geometría de un electrón, determinada por primera vez
Un electrón está atrapado en un punto cuántico, que se forma en un gas bidimensional en una oblea semiconductora. Sin embargo, el electrón se mueve dentro del espacio y, con diferentes probabilidades correspondientes a una función de onda, permanece en ciertas ubicaciones dentro de su confinamiento (elipsis roja). Usando los campos eléctricos aplicados de las puertas de oro, se puede cambiar la geometría de esta función de onda.
Universidad de Basilea, Departamento de Física.

Aplicaciones en la vida real

"No solo podemos mapear la forma y la orientación del electrón, sino también controlar la función de onda de acuerdo con la configuración de los campos eléctricos aplicados. Esto nos da la oportunidad de optimizar el control de los giros de una manera muy específica", dijo, por su parte, Zumbühl en un comunicado.

La velocidad de giro de un electrón es un candidato para su uso como un qubit, la unidad de información más pequeña en una computadora cuántica, pero solo si el giro se puede controlar. Dado que este giro depende parcialmente de la geometría de un electrón, este es un método potencial para lograr ese control.

Aunque esta es la primera vez que se mide la geometría de un electrón, el año pasado un equipo de físicos estadounidenses confirmó que los electrones eran redondos. La investigación fue publicada en Nature y el artículo puede encontrarse en el siguiente enlace.


Victor Román
Esta noticia ha sido publicada originalmente en N+1, ciencia que suma.

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