Midiendo las fuerzas diminutas que limitan la miniaturización de máquinas
Ésta es la primera medición fundamental que confirma la idea de que la onda de un átomo que se mueve deprisa, se acorta y alarga dependiendo de su distancia a una superficie, una idea propuesta por vez primera por los pioneros de la física cuántica a finales de la década de 1920. La noción de que los átomos se comportan como ondas además de como partículas, se remonta a 1924.
Estas mediciones les dicen a los nanotecnólogos cuán pequeños pueden hacer sus ultradiminutos dispositivos antes de que una fuerza microscópica entre los átomos y las superficies, llamada interacción de Van der Waals, se convierta en una preocupación. El resultado es importante, tanto para la nanotecnología, donde la meta es miniaturizar dispositivos hasta que midan sólo algunas decenas de nanómetros, como para la óptica atómica, donde la meta es usar la naturaleza ondulatoria de los átomos con el propósito de hacer sensores más precisos para el estudio de la mecánica cuántica.
John D. Perreault y Alejandro D. Cronin, físicos de la Universidad de Arizona, usaron un dispositivo sofisticado, denominado interferómetro atómico, para hacer las mediciones. Éste divide y recombina las ondas de los átomos para que los científicos puedan observar la posición de las crestas de las ondas.
Esta nueva investigación proporciona la primera evidencia experimental directa de que una superficie a 25 nanómetros de distancia produce un cambio en las crestas de las ondas del átomo. Muestra que las fuerzas de interacción de Van der Waals, aunque sean diminutas para la escala humana de las cosas, resultan de una violencia descomunal para los átomos.
 | | Alex Cronin -izquierda- y John Perreault. (Foto: University of Arizona ) |
Perreault y Cronin encontraron que los átomos a menos de 25 nanómetros de una superficie son atraídos con una intensidad tremenda por la superficie, debido a las fuerzas de interacción de Van der Waals. Esa atracción es tan violenta que los átomos se aceleran a un millón de G, es decir un millón de veces la aceleración del campo gravitatorio de la Tierra. 1 G es la intensidad del "tirón" que notamos cotidianamente en nuestro mundo cuando estamos detenidos o nos movemos despacio. En una lancha rápida, pueden sentirse de 3 a 4 G por breves instantes durante un trayecto. Los pilotos de aviones de combate llegan a experimentar aceleraciones de hasta 8 G durante maniobras tácticas, pero pueden desmayarse si experimentan de 4 a 6 G durante más tiempo que unos pocos segundos.
La aceleración momentánea del átomo al pasar por la superficie es expresada mediante una famosa ecuación que relaciona la velocidad de un átomo con su longitud de onda. Cuando se aceleran los átomos y se encuentran más cercanos a la superficie, sus longitudes de onda se hacen más cortas, y cuanto más lejos se encuentran de una superficie, los átomos regresan a su longitud de onda original.
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