Investigadores de la Universidad de California–Irvine han desarrollado un método innovador que permite medir procesos de relajación ultrarrápidos en moléculas individuales, un avance que podría tener importantes aplicaciones en el estudio de la dinámica molecular y en el desarrollo de tecnologías cuánticas. Este trabajo, publicado en Physical Review Letters, se centra en el fenómeno de la rectificación estocástica cuántica, un proceso que convierte fluctuaciones cuánticas aleatorias en una señal de salida estable.
La rectificación estocástica cuántica se ha observado en sistemas físicos como un mecanismo que transforma el ruido cuántico y una señal oscilante débil en corriente continua. Este fenómeno, previamente documentado en uniones magnéticas, ha sido adaptado por los investigadores para estudiar las dinámicas intrínsecas de moléculas individuales mediante un enfoque basado en la microscopía de túnel de barrido (STM).
Un enfoque revolucionario en la investigación molecular
El objetivo principal del estudio fue observar la aleatoriedad cuántica en una sola molécula de pirrolidina. Para ello, los investigadores aplicaron un voltaje oscilante periódico a la molécula adsorbida en una superficie de cobre, observando cómo esta interactuaba con los cambios de estado aleatorios provocados por efectos cuánticos. Gracias a este método, los científicos pudieron medir la velocidad de relajación de la molécula, es decir, el tiempo que tarda en volver a su estado original tras ser perturbada.
Wilson Ho, autor principal del estudio, destacó que el uso de un STM construido a medida y operado a temperaturas de 8 K, permitió medir la corriente de rectificación como señal de transducción a través de la molécula individual. Esto facilitó el monitoreo de transiciones cuánticas aleatorias entre dos estados moleculares bajo un impulso de voltaje sinusoidal de frecuencia variable.
Los resultados obtenidos mostraron una transición con un comportamiento similar al de una función de Lorentz, lo que sugiere que la frecuencia de transición está relacionada con el tiempo de relajación de la población molecular. Este hallazgo no solo abre nuevas vías para investigar la dinámica de moléculas individuales, sino que también podría contribuir a la mejora de dispositivos cuánticos al minimizar errores provocados por la interacción de estados cuánticos con su entorno.
Los investigadores planean aplicar este enfoque en estudios futuros para explorar la dinámica de moléculas individuales en la escala de picosegundos, extendiendo sus experimentos a frecuencias de THz. Esta dirección de investigación no solo es prometedora para medir procesos ultrarrápidos, sino que también podría arrojar luz sobre la relación entre aleatoriedad y coherencia en sistemas cuánticos, un aspecto fundamental que hasta ahora ha sido poco explorado.
La metodología presentada por Ho y su equipo representa un avance significativo en la capacidad de observar y medir dinámicas moleculares a escalas que antes eran inalcanzables, lo que podría tener un impacto considerable en el desarrollo de nuevas tecnologías y en la comprensión de los fenómenos cuánticos.
Fuente: larepublica.es