Efecte túnel visible en color

Un dels efectes més coneguts de la física quàntica, l'efecte túnel, ha pogut ser quantificat amb gran precisió en un experiment amb llum. Un equip internacional de físics, entre els quals es troben investigadors dels centres DIPC i CFM de Guipúscoa, ha aprofitat la interacció entre els electrons i la llum per a analitzar l'efecte “des de dins” mitjançant la combinació de mètodes òptics i elèctrics.

En l'estudi, a més dels físics de Guipúscoa, han participat els físics de les Universitats Cambridge i Paris Sud, i els resultats han estat publicats avui en la revista Nature.

--> Javier Aipzurua, un dels responsables de la recerca, en el programa de televisió Teknopolis "Gerturik"

--> Recerca explicada per Aizpurua en el programa Norteko Ferrokarrilla

L'experiment s'ha realitzat amb dues esferes d'or nanoscópicas. A mesura que les esferes s'acosten entre si, el comportament dels electrons que tenen sobre la superfície varia. Al principi es crea un acoblament entre les esferes l'una i l'altra que oscil·len de manera especial. La manera d'oscil·lació de cada electró és conegut pels físics com plasmones. És llavors quan els físics han emès llum blanca a l'espai entre les dues esferes, on la llum s'enrogeix per efecte dels plasmones. Per tant, la presència de llum vermella indica la presència de plasmones. En definitiva, tot el sistema es comporta com una antena òptica.

Però aquí encara no hi ha efecte túnel. Per a això, els físics han acostat encara més les esferes. Quan estan a menys de 0,35 nanòmetres (encara que sense contacte), els electrons salten d'una esfera a una altra. Es creu que seria impossible que els electrons saltessin, ja que les esferes no es toquen entre si, ja que el potencial elèctric del buit intermedi no permet saltar als electrons. Però en la pràctica ocorre. És l'efecte d'un túnel en el potencial.

En aquest experiment, quan els electrons salten de l'esfera a l'esfera, la llum canvia de color, de vermell a blau. Això és degut al canvi en la distribució de les càrregues elèctriques. El nombre d'electrons que hi ha en cada esfera varia, per la qual cosa les oscil·lacions de la zona intermèdia, els plasmones, també canvien.

Els investigadors han anomenat a l'experiment “beso quàntic” perquè les dues esferes es fan un “petó” entre si, intercanvien electrons, quan estan molt a prop però sense tocar-se.

Els físics han combinat mètodes òptics i elèctrics per a mesurar amb precisió la influència de l'efecte túnel. A mesura que les esferes es van acostant, s'han mesurat les longituds d'ona de la llum produïda i el camp elèctric del plasmón, la qual cosa ha permès analitzar els detalls de l'efecte túnel. Javier Aizpurua, investigador del DIPC, ha volgut destacar que l'experiment s'ha realitzat en les condicions que es donen en una antena òptica, és a dir, a temperatura ambient i pressió. El valor d'aquesta recerca radica precisament en la creació d'un model molt concret per a dispositius electroòptics sobre el que ocorre en l'escala de nanòmetres.