Efecto túnel visible en color

2012/11/08 Roa Zubia, Guillermo - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Fisika

Uno de los efectos más conocidos de la física cuántica, el efecto túnel, ha podido ser cuantificado con gran precisión en un experimento con luz. Un equipo internacional de físicos, entre los que se encuentran investigadores de los centros DIPC y CFM de Gipuzkoa, ha aprovechado la interacción entre los electrones y la luz para analizar el efecto “desde dentro” mediante la combinación de métodos ópticos y eléctricos.

En el estudio, además de los físicos de Gipuzkoa, han participado los físicos de las Universidades Cambridge y Paris Sud, y los resultados han sido publicados hoy en la revista Nature.

--> Javier Aipzurua, uno de los responsables de la investigación, en el programa de televisión Teknopolis "Gerturik"

--> Investigación explicada por Aizpurua en el programa Norteko Ferrokarrilla

El experimento se ha realizado con dos esferas de oro nanoscópicas. A medida que las esferas se acercan entre sí, el comportamiento de los electrones que tienen sobre la superficie varía. Al principio se crea un acoplamiento entre las esferas una y otra que oscilan de manera especial. El modo de oscilación de cada electrón es conocido por los físicos como plasmones. Es entonces cuando los físicos han emitido luz blanca al espacio entre las dos esferas, donde la luz se enrojece por efecto de los plasmones. Por tanto, la presencia de luz roja indica la presencia de plasmones. En definitiva, todo el sistema se comporta como una antena óptica.

Pero ahí todavía no hay efecto túnel. Para ello, los físicos han acercado aún más las esferas. Cuando están a menos de 0,35 nanómetros (aunque sin contacto), los electrones saltan de una esfera a otra. Se cree que sería imposible que los electrones saltaran, ya que las esferas no se tocan entre sí, ya que el potencial eléctrico del hueco intermedio no permite saltar a los electrones. Pero en la práctica ocurre. Es el efecto de un túnel en el potencial.

En este experimento, cuando los electrones saltan de la esfera a la esfera, la luz cambia de color, de rojo a azul. Esto es debido al cambio en la distribución de las cargas eléctricas. El número de electrones que hay en cada esfera varía, por lo que las oscilaciones de la zona intermedia, los plasmones, también cambian.

Los investigadores han llamado al experimento “beso cuántico” porque las dos esferas se dan un “beso” entre sí, intercambian electrones, cuando están muy cerca pero sin tocarse.

Los físicos han combinado métodos ópticos y eléctricos para medir con precisión la influencia del efecto túnel. A medida que las esferas se van acercando, se han medido las longitudes de onda de la luz producida y el campo eléctrico del plasmón, lo que ha permitido analizar los detalles del efecto túnel. Javier Aizpurua, investigador del DIPC, ha querido destacar que el experimento se ha realizado en las condiciones que se dan en una antena óptica, es decir, a temperatura ambiente y presión. El valor de esta investigación radica precisamente en la creación de un modelo muy concreto para dispositivos electroópticos sobre lo que ocurre en la escala de nanómetros.