Un nuevo estudio de nanociencia cuántica dirigido por un investigador del Laboratorio Nacional Oak Ridge del Departamento de Energía analiza de forma amplia cómo los científicos estudian los materiales en el escalas más pequeñas.
Detección cuántica: fotografía ilustrativa. Crédito de la imagen: Pixabay (licencia gratuita de Pixabay)
El artículo publicado en Avances científicos revisa trabajos destacados en nanometrología del subsuelo, la ciencia de la medición interna a nivel de nanoescala, y sugiere que la detección cuántica podría convertirse en la base para la próxima era de descubrimientos en este campo.
Las posibles aplicaciones podrían variar desde el mapeo de estructuras intracelulares para la administración selectiva de fármacos hasta la caracterización de materiales y nanoestructuras cuánticos para el avance de la computación cuántica.
«Nuestro objetivo era definir el estado del arte y considerar lo que se ha hecho y hacia dónde debemos ir», dijo Ali Passian, científico investigador senior de ORNL y autor principal del estudio.
“Todo el mundo quiere saber qué hay debajo de la superficie de los materiales, pero descubrir qué hay realmente ahí tiende a ser increíblemente desafiante a cualquier escala. Esperamos inspirar a una nueva generación de científicos a abordar este desafío explotando los fenómenos cuánticos o cualesquiera que sean las oportunidades más prometedoras, para que podamos ampliar los límites de la ciencia de detección e imágenes hacia mayores descubrimientos y comprensión”.
Las partículas a escala nanométrica actúan como bloques de construcción de la ciencia cuántica — lo suficientemente pequeño como para permitir a los científicos modificar las principales propiedades de los materiales con la máxima precisión.
Un nanómetro equivale a una milmillonésima de metro, una millonésima de milímetro y una milésima de micrómetro. Una hoja de papel media, por ejemplo, tiene un grosor de unos 100.000 nanómetros.
Passian y coautor Amir Payam de Universidad del Ulster sugieren que el nivel de nanoescala puede ser no solo donde se forman complejos conjuntos moleculares de sistemas biológicos, como las membranas celulares, sino también donde se alinean las dimensiones de materiales emergentes como las metasuperficies y los materiales cuánticos. Hasta ahora, es una oportunidad poco explorada, concluyen.
Herramientas innovadoras como el microscopio de sonda de barrido, que utiliza una sonda de punta afilada para inspeccionar muestras a nivel atómico, han ayudado a acelerar los avances en la nanometrología de superficies. Los autores señalan que los estudios del subsuelo han logrado menos avances comparables.
«Todos nuestros sentidos están orientados hacia las superficies», dijo Passian.
“Aunque todavía es difícil, hemos ampliado nuestro alcance a la nanoescala perturbando de alguna manera el material utilizando luz, sonido, electrones y agujas diminutas. Pero una vez allí, medir lo que hay debajo sigue siendo un gran desafío”.
“Necesitamos nuevos métodos que nos permitan mirar el interior de estos materiales dejándolos intactos. La ciencia cuántica puede ofrecer oportunidades aquí, en particular la detección cuántica, donde, por ejemplo, se podrían aprovechar los estados cuánticos de la sonda, la luz y la muestra”.
Los autores sugieren que las técnicas de detección cuántica que ahora se encuentran en las primeras etapas de desarrollo podrían ser la clave para los avances en la exploración del subsuelo. Las sondas cuánticas, por ejemplo, podrían emplear skyrmions, cuasipartículas subatómicas creadas por interrupciones en campos magnéticos y que ya se están considerando para su uso. otras aplicaciones cuánticas – investigar más profundamente de lo que permite cualquier técnica actual.
«La gente está trabajando arduamente para superar los límites de la detección y crear nuevas modalidades de medición», dijo Passian.
«Creo que los próximos años serán emocionantes en términos de materialización e implementación fácil de usar de estas técnicas para lograr la nanometrología cuántica de superficies y regiones del subsuelo».
El apoyo a este trabajo provino del programa de Investigación Biológica y Ambiental de la Oficina de Ciencias del DOE y del Departamento de Economía de Irlanda del Norte a través de una subvención de la Asociación de Investigación y Desarrollo entre Estados Unidos e Irlanda.
UT-Battelle administra ORNL para la Oficina de Ciencias del DOE, el mayor patrocinador de la investigación básica en ciencias físicas en los Estados Unidos. La Oficina de Ciencias del DOE está trabajando para abordar algunos de los desafíos más apremiantes de nuestro tiempo. Para más información visite https://energy.gov/science.
Escrito por Matt Lakin
!function(f,b,e,v,n,t,s){if(f.fbq)return;n=f.fbq=function(){n.callMethod?
n.callMethod.apply(n,arguments):n.queue.push(arguments)};if(!f._fbq)f._fbq=n;
n.push=n;n.loaded=!0;n.version=’2.0′;n.queue=[];t=b.createElement(e);t.async=!0;
t.src=v;s=b.getElementsByTagName(e)[0];s.parentNode.insertBefore(t,s)}(window,
document,’script’,’https://connect.facebook.net/en_US/fbevents.js’);
fbq(‘init’, ‘1254095111342376’);
fbq(‘track’, ‘PageView’);
