Científicos australianos logran controlar luz cuántica mediante capas atómicas retorcidas de nitruro de boro
Investigadores de la Universidad de Tecnología de Sídney descubrieron una nueva forma de controlar fuentes de luz cuántica al retorcer capas atómicamente delgadas de nitruro de boro hexagonal, un avance que podría acercar las tecnologías cuánticas a aplicaciones prácticas en computación, comunicaciones seguras y sensores de alta precisión.
Científicos de la Universidad de Tecnología de Sídney, en Australia, han desarrollado un método innovador para manipular emisores cuánticos mediante la rotación y reapilamiento de capas atómicamente delgadas de nitruro de boro hexagonal, según un estudio publicado en la revista Advanced Materials.
El equipo de investigación descubrió que al rotar y reapilar capas de este material, conocido como hBN por sus siglas en inglés, pueden alterar significativamente el color y la longitud de onda de la luz emitida por los emisores cuánticos incrustados en el material, según la publicación.
Los emisores cuánticos son fuentes de luz microscópicas capaces de producir fotones individuales, lo que los convierte en componentes fundamentales para futuras computadoras cuánticas, redes de comunicación seguras y sensores de alta sensibilidad. Aunque los científicos han podido detectar y estudiar estos emisores, controlarlos ha representado un desafío importante hasta ahora.
El doctor Angus Gale, autor principal del estudio, explicó que los hallazgos proporcionan a los investigadores una nueva herramienta para manipular emisores cuánticos. "Puedes medir estos emisores cuánticos y ver que existen, pero es difícil hacerlos funcionar en la práctica. Esto nos da una palanca para acercarnos a eso, un paso hacia la realización de tecnologías cuánticas", dijo Gale, según la fuente.
En los experimentos realizados, los investigadores lograron producir un cambio significativo en la luz emitida al modificar el ángulo de torsión entre las capas. A diferencia de muchos estudios donde los materiales se ensamblan una vez y se dejan sin cambios, el equipo recogió, retorció y reapiló repetidamente las capas mientras continuaba modificando las propiedades ópticas.
"Estamos aprovechando el hecho de que este material, el nitruro de boro hexagonal, está en capas. Podemos recogerlo, apilarlo, retorcerlo y usar esa torsión para modificar los emisores. Realmente no puedes hacer eso con materiales tradicionales como el diamante o el carburo de silicio", explicó Gale.
Según los investigadores, la cantidad de ajuste lograda fue mayor de lo esperado y superó lo que típicamente es posible en muchas otras plataformas de emisores cuánticos. "El beneficio es que usamos esta plataforma retorcible para cambiar la emisión en una cantidad muy significativa", dijo Gale. "A menudo, cuando controlas estos sistemas, la cantidad de manipulación es muy limitada, pero en este caso el cambio fue mucho mayor de lo esperado", agregó.
En lugar de forzar al nitruro de boro hexagonal a comportarse como materiales cuánticos más convencionales, el equipo se enfocó en aprovechar sus propiedades naturales. "En lugar de intentar hacer que los defectos del hBN se comporten como huéspedes tradicionales de estado sólido, aprovechamos la propia fortaleza del hBN: su estructura delgada, en capas y retorcible", señalaron los investigadores.
Gale comparó el material con rebanadas de queso en lugar de un bloque sólido. "Con un bloque de queso, realmente no puedes llegar al sabor del medio. Pero con rebanadas, puedes despegar capas, volver a juntarlas y cambiar cómo interactúan", dijo.
El profesor Igor Aharonovich explicó que retorcer materiales en capas puede producir comportamientos físicos completamente nuevos. "Puedes tomar dos capas que no hacen mucho por sí solas, juntarlas en un ángulo específico y de repente tienes un sistema completamente diferente", dijo Aharonovich, según la fuente.
El nitruro de boro hexagonal es un material que puede separarse, retorcerse y reensamblarse repetidamente debido a su estructura en capas, lo que lo diferencia de otros materiales utilizados tradicionalmente en investigación cuántica como el diamante o el carburo de silicio.
Los investigadores consideran que este enfoque podría eventualmente contribuir al desarrollo de tecnologías de computación cuántica, comunicación cuántica y sensores cuánticos utilizados en campos que van desde la atención médica hasta la ciberseguridad y la navegación, según el estudio publicado en Advanced Materials.
El avance representa un paso significativo en la búsqueda de hacer que las tecnologías cuánticas sean más prácticas y controlables, un objetivo que ha eludido a los científicos durante años debido a las dificultades inherentes en la manipulación de sistemas cuánticos a escala atómica.
