Crean la lente más pequeña del mundo, capaz de concentrar luz en dimensiones inferiores a las de un átomo
Con participación del Centro de Física de Materiales (CSIC-UPV/EHU) de San Sebastián y el Donostia International Physics Center (DIPC)
Un equipo internacional, con participación del Centro de Física de
Materiales (CSIC-UPV/EHU) de San Sebastián y el Donostia International
Physics Center (DIPC), en colaboración con la Universidad de Cambridge,
ha creado la lente más pequeña del mundo, capaz de concentrar luz en
dimensiones inferiores a las de un átomo.
En el
trabajo, publicado esta semana en la prestigiosa revista Science, los
investigadores han utilizado nanopartículas de oro como lentes
focalizadoras que permiten ver enlaces químicos individuales en las
moléculas.
"Nuestras predicciones teóricas sugerían
que esto podía ser posible, como así se ha comprobado ahora", asegura el
profesor Javier Aizpurua, investigador en el Centro de Física de
Materiales de San Sebastián y el DIPC, que lidera los esfuerzos teóricos
de esta investigación, y cuyo desarrollo ha permitido entender el
confinamiento y la interacción de la luz con moléculas en escalas tan
pequeñas.
El equipo de investigadores experimentales de Cambridge, liderado por
el profesor Jeremy Baumberg, ha utilizado oro altamente conductor para
fabricar la cavidad óptica más pequeña del mundo. "Esta cavidad -
denominada por los investigadores 'pico-cavidad' - está formada por la
protrusión de un único átomo en una estructura de oro, y confina la luz a
una distancia inferior a una mil millonésima de metro", ha explicado el
DIPC.
En el experimento, junto a la cavidad se
encuentran una serie de moléculas, posibilitando de este modo una nueva
manera de estudiar la interacción entre luz y materia.
VIBRACIONES
Según ha detallado, de la misma manera que una mano con una púa percute
las cuerdas de una guitarra, la energía de la luz puede activar las
vibraciones de un determinado enlace químico de una molécula. Este
fenómeno se denomina interacción optomecánica. En este trabajo, los
investigadores han conseguido que "la luz localizada en la picocavidad
active las vibraciones de una molécula cercana".
La
construcción de nanoestructuras con control de átomos aislados es
"tremendamente" exigente, y requiere la refrigeración de las muestras a
-260°C para congelar los átomos de oro. Al iluminar con luz láser las
nanopartículas de oro, unos pocos átomos aislados se mueven formando la
picocavidad. En ese mismo instante, la luz focalizada en esta
picocavidad activa la vibración molecular, proceso que es monitorizado
en tiempo real.
Los átomos de oro se comportan "como
diminutas cestas conductoras que atrapan la luz", y presentan el
potencial de abrir nuevas perspectivas en el campo de las reacciones
químicas catalizadas por luz en las que las picocavidades permitirían la
fabricación de complejos moleculares desde componentes más simples, así
como desarrollar nuevos dispositivos optomecánicos.
Sir Ernest Rutherford, padre de la física nuclear y Premio Nobel de Química en 1908, solía
contar la siguiente anécdota:
“Hace algún tiempo, recibí la llamada de un colega. Estaba a punto
de poner un cero a un estudiante por la respuesta que había dado en un examen de física, pese a que éste afirmaba
con rotundidad que su respuesta era absolutamente acertada. Profesores y
estudiantes acordaron pedir arbitraje de alguien imparcial y fui elegido yo.
La pregunta del examen era: Demuestre como es
posible determinar la altura de un edificio con la ayuda de un barómetro.
La respuesta
del estudiante fue la siguiente: lleve el
barómetro a la azotea del edificio y átele una cuerda muy larga. Descuélguelo
hasta la base del edificio; marque y mida. La longitud de la cuerda es igual a
la altura del edificio.
Realmente el estudiante había planteado un serio problema con la
resolución del ejercicio, porque había respondido a la pregunta correcta y
completamente. Por otro lado, si se le concedía la máxima puntuación, podría
alterar el promedio de su año de estudios, obtener una nota mas alta y así
certificar su alto nivel en física; pero la respuesta no confirmaba que el
estudiante tuviera ese nivel. Sugerí que se le diera al alumno otra
oportunidad. Le concedí seis minutos para que me respondiera la misma pregunta pero esta vez con la
advertencia de que en la respuesta debía demostrar sus conocimientos de física.
Habían pasado cinco minutos y el estudiante no había escrito nada.
Le pregunté si deseaba marcharse, pero me contestó que tenía muchas
respuestas al problema; su dificultad era elegir la mejor de todas. Me excusé por
interrumpirle y le rogué que continuara. En el minuto que le quedaba escribió
la siguiente respuesta: coja el barómetro y láncelo al suelo desde la azotea
del edificio,y mida el tiempo de caída con un cronómetro. Después aplique la
formula altura = 0,5 por la gravedad y
por el tiempo al cuadrado, y así obtenemos la altura del edificio.
En este punto le pregunté a mi colega si el estudiante se podía retirar. Le dio
la nota más alta.
Tras abandonar el despacho, me reencontré con el estudiante y le
pedí que me contara sus otras respuestas a la pregunta.
-Bueno, hay muchas maneras. Por ejemplo, coges el barómetro en un día soleado y mides la altura del barómetro y la longitud de su sombra. Si medimos a continuación la longitud de la sombra del edificio y aplicamos una simple proporción, obtendremos también la altura del edificio.
-Perfecto, ¿y de otra manera?
-Sí. Este es un procedimiento muy básico para medir un edificio, pero también sirve. En este método, coges el barómetro y te sitúas en las escaleras del edificio en la planta baja. Según subes las escaleras, vas marcando la altura del barómetro y cuentas el numero de marcas hasta la azotea. Multiplicas al final la altura del barómetro por el número de marcas que has hecho y ya tienes la altura.
-Ese es un método muy directo.
-Por supuesto. Si lo que quiere es un procedimiento mas sofisticado, puede atar el barómetro a una cuerda y moverlo como si fuera un péndulo. Si consideramos que cuando el barómetro está a la altura de la azotea, la gravedad es cero y si tenemos en cuenta la medida de la aceleración de la gravedad al descender el barómetro en trayectoria circular al pasar por la perpendicular del edificio, de la diferencia de estos valores, y aplicando una sencilla fórmula trigonométrica, podríamos calcular, sin duda, la altura del edificio. En este mismo estilo de sistema, atas el barómetro a una cuerda y lo descuelgas desde la azotea a la calle. Usándolo como un péndulo puedes calcular la altura midiendo su periodo de oscilación.
-Bueno, hay muchas maneras. Por ejemplo, coges el barómetro en un día soleado y mides la altura del barómetro y la longitud de su sombra. Si medimos a continuación la longitud de la sombra del edificio y aplicamos una simple proporción, obtendremos también la altura del edificio.
-Perfecto, ¿y de otra manera?
-Sí. Este es un procedimiento muy básico para medir un edificio, pero también sirve. En este método, coges el barómetro y te sitúas en las escaleras del edificio en la planta baja. Según subes las escaleras, vas marcando la altura del barómetro y cuentas el numero de marcas hasta la azotea. Multiplicas al final la altura del barómetro por el número de marcas que has hecho y ya tienes la altura.
-Ese es un método muy directo.
-Por supuesto. Si lo que quiere es un procedimiento mas sofisticado, puede atar el barómetro a una cuerda y moverlo como si fuera un péndulo. Si consideramos que cuando el barómetro está a la altura de la azotea, la gravedad es cero y si tenemos en cuenta la medida de la aceleración de la gravedad al descender el barómetro en trayectoria circular al pasar por la perpendicular del edificio, de la diferencia de estos valores, y aplicando una sencilla fórmula trigonométrica, podríamos calcular, sin duda, la altura del edificio. En este mismo estilo de sistema, atas el barómetro a una cuerda y lo descuelgas desde la azotea a la calle. Usándolo como un péndulo puedes calcular la altura midiendo su periodo de oscilación.
En fin, concluyó, existen otras
muchas maneras. Probablemente, la mejor sea coger el barómetro y golpear con él
la puerta de la casa del conserje, y cuando abra, decirle: ‘Señor conserje,
aquí tengo un bonito barómetro. Si usted me dice la altura de este edificio, se
lo regalo’.
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