Este estudio demuestra la teoría del grupo investigador de San Sebastián que predecía que la luz interacciona con la materia de forma diferente a escala
subnanométrica La investigación ha merecido por su consistencia y trascendencia su publicación en NATURE.
El equipo liderado por Aizpurua ha validado una teoría revolucionaria que aporta nuevos paradigmas para la electrónica molecular y abre nuevas estrategias para fabricar dispositivos ptoelectrónicos luminosos, entre otros Lograr manipular la luz a escala nanométrica será uno de los pilares de la próxima revolución tecnológica Precisamente el Nobel de Física 2012 ha premiado los estudios de dos científicos en este mismo ámbito de la óptica cuántica “Nature”, una de las revistas científicas de mayor prestigio e impacto internacional, publica una investigación desarrollada por un grupo de investigadores del Donostia International Physics Center (DIPC) y el Centro de Física de Materiales de San Sebastián (CFM, centro mixto Consejo de Investigaciones Científicas (CSIC) –
Universidad del País Vasco (UPV/EHU)) liderado por el investigador donostiarra, Javier Aizpurua. Dicho trabajo ha sido llevado a cabo con la colaboración de la Universidad de Cambridge y la Universidad de Paris-Sud, quedando demostrada así, una teoría anticipada por el equipo de Aizpurua que predecía, que “la luz interacciona con la materia de forma diferente a escala subnanométrica.” Esta investigación se adentra en una nueva frontera de conocimiento, planteando y demostrando una teoría revolucionaria que fusiona la visión cuántica y clásica del mundo para entender el funcionamiento de las nanoantenas ópticas.

Este nuevo resultado establece un límite cuántico fundamental sobre las dimensiones mínimas en las que podemos atrapar la luz. Además, esta reinterpretación de la interacción entre la luz y la materia a escala subnanométrica podría aportar nuevas maneras de describir y medir el mundo a escala atómica y abre la puerta a nuevas
estrategias para la fabricación de dispositivos tecnológicos optoeléctricos aún más pequeños y a acceder a nuevos límites de resolución en fotoquímica. El estudio ha merecido por su consistencia y trascendencia su publicación en la revista científica “Nature” de prestigio internacional.

“Ha supuesto un arduo trabajo de años que, por primera vez – según subraya Aizpurua – ha permitido ver y comprender los efectos de la mecánica cuántica en antenas ópticas, en condiciones de temperatura y vacío ambientales, al alcance de muy pocos equipos científicos.”

Según los expertos, lograr manipular la luz en la nanoescala será la base de una gran parte de las aplicaciones de la próxima revolución tecnológica. En este mismo sentido, cabe apuntar que el Premio Nobel de Física de este año ha premiado, por abrir una nueva era en la óptica cuántica, los estudios sobre las interacciones de la luz y la materia realizados por Haroche y Wineland. El profesor Wineland trabaja actualmente en el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología americano (NIST) en Colorado, instituto donde Javier Aizpurua desarrolló durante dos años y medio su labor investigadora.

Una teoría y tres equipos de investigación para probarla

El experimento llevado a cabo en la Universidad de Cambridge sitúa dos esferas metálicas con una separación por debajo de un nanómetro (millonésima parte de un
milímetro) que es iluminada con luz blanca. En ese instante el vacío existente entre ellas adquiere color gracias a la interacción de los electrones de su superficie con la luz.
El haz de luz ‘empuja’ los electrones y los hace oscilar, lo que aporta un color rojo a la cavidad. A medida que las esferas se acercan la carga se va acumulando en las caras de
la cavidad y este color rojo se va intensificando. Se ha comprobado que cuando la distancia entre ambas se reduce por debajo de 0,35 nanómetros, esta acumulación de carga puede verse reducida debido al efecto túnel, gracias al cual los electrones pueden saltar de una esfera a otra sin que éstas estén en contacto pasando el color rojo del vacío de la cavidad a azul. El cambio de color de la cavidad supone la “huella cromática” que identifica, precisamente, la puesta en marcha del régimen cuántico predicho por el equipo del Dr. Aizpurua.
La teoría validada abre la puerta a nuevas investigaciones sobre efectos no estudiados hasta la fecha en antenas ópticas o ni siquiera descubiertos. “Esperamos haber contribuido a que otros investigadores puedan así profundizar y llegar a conclusiones revolucionarias”, explica el científico donostiarra. Y es que los comportamientos de la luz en la nanoescala iluminan amplios horizontes.

Un beso cuántico

Para comprender este experimento se sugiere imaginar este efecto de manera similar a la tensión que se va acumulando entre una pareja que se mira fijamente mientras flirtea
y se va aproximando. La tensión (carga de electrones) crece según más se acercan sus caras, y se libera finalmente a través de un beso (intercambio de electrones).
Volviendo al experimento, hay que matizar que ese beso cuántico se produce sin que los labios lleguen a tocarse, es un “beso virtual”.
Para valorar la dificultad del experimento, el equipo experimental de Cambridge explica que alinear dos nano-partículas de oro es como cerrar los ojos e intentar que dos agujas sostenidas con los dedos se toquen por ambas puntas.
Javier Aizpurua agradece y valora muy positivamente la labor del equipo que dirige en el DIPC y el Centro de Física de Materiales, centro mixto CSIC-UPV/EHU, destacando especialmente la implicación del investigador Postdoctoral Rubén Esteban. Sin obviar que esta enhorabuena no hubiera sido posible sin la colaboración del equipo de Andrei Baumberg de la Universidad de Cambridge.
Esta investigación ha sido financiada por el Gobierno Vasco a través de Ikerbasque y del proyecto Etortek de nanociencia y nanotecnología, así como por la iniciativa de la Unión Europea a través del proyecto Eranet CUBIHOLE que vinculó originalmente a los tres equipos involucrados en el experimento sobre la teoría en estudio. Parte de este trabajo se desarrolló durante la estancia que disfrutó el Profesor Baumberg como Ikerbasque Visiting Professor en el DIPC. Al quedar probada la teoría predicha, se abren nuevas fronteras de conocimiento en el campo de la interacción de la luz con la materia a escalas subnanométricas “muy poco accesibles para la comunidad científica que trabaja en nanoóptica” según puntualiza Aizpurua.

Javier Aizpurua volvió a San Sebastián tras investigar en Suecia y Estados Unidos

en el Centro de Física de Materiales de San Sebastián y el Donostia International Physics Center desde donde lidera varios proyectos de investigación internacional
colaborando con equipos de vanguardia mundial en el campo de la nanofotónica.

La actual publicación de su estudio en la revista de ciencia más prestigiosa a nivel internacional, NATURE se suma a sus cerca de 100 publicaciones en revistas internacionales que computan miles de citas.
Compagina su actividad investigadora con la organización de encuentros y conferencias internacionales en el ámbito de la nanociencia y los nanomateriales y la impartición de seminarios en universidades y centros tecnológicos de todo el mundo. Además, es director de 5 tesis doctorales en la Universidad del País Vasco/Euskal Herriko Unibertsitatea y supervisor de 5 investigaciones postdoctorales.
Javier Aizpurua nació en San Sebastián, estudió Ciencias Físicas en Zaragoza y se doctoró en Ciencias Físicas en la Universidad del País Vasco en 1998. Tras realizar su investigación postdoctoral en la Universidad de Göteborg, (Suecia) durante año y medio, y en Washington DC., (Estados Unidos) dos años y medio, se incorporó al DIPC en San Sebastián gracias al Programa “Fellow Gipuzkoa” de la Diputación foral de Gipuzkoa.
El pasado mes de septiembre organizó el Congreso Internacional de óptica de campo cercano y nanofotónica “NFO12” que durante una semana reunió en San Sebastián a la élite de la comunidad científica en estas materias.

Donostia International Physics Center y el Centro de Física de Materiales del CSIC-/UPV/EHU

Presidido por Pedro Miguel Etxenike, el DIPC es un centro de investigación básica en Ciencia de Materiales que actúa como catalizador y plataforma de internacionalización de la actividad científica el País Vasco. Vinculado a la UPV/EHU mantiene una relación simbiótica con la misma y una intensa colaboración con el Centro de Física de Materiales, centro mixto CSIC-UPV/EHU. Esta ha sido la plataforma donde Javier Aizpurua ha desarrollado la investigación que ha dado lugar al reconocimiento en NATURE.

Referencia publicación: “Revealing the quantum regime in tunnelling plasmonics”.

Kevin J. Savage, Matthew M. Hawkeye, Rubén Esteban, Andrei G. Borisov, Javier Aizpurua,
and Jeremy J. Baumberg.

Nature. DOI 10.1038/nature11653

Nota:
Para concertar entrevistas o ampliar información pueden llamar a:
+ 34 658 75 06 66 / +34 943 31 08 31

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