Los físicos han desarrollado una nueva forma de controlar la rotación de moléculas dentro de pequeñas gotas de helio líquido, lo que supone un avance importante en el estudio de los superfluidos. Utilizando una centrífuga óptica especialmente diseñada, el equipo pudo hacer girar con precisión moléculas suspendidas en nanogotas de helio líquido, lo que brindó a los científicos una nueva y poderosa herramienta para explorar estos inusuales materiales sin fricción.
El logro representa la primera demostración exitosa de rotación molecular controlada dentro de un superfluido. Ahora los investigadores pueden ajustar directamente tanto la dirección como la velocidad de rotación de una molécula, lo que hace posible investigar cómo las moléculas interactúan con su entorno cuántico a diferentes frecuencias de rotación. El trabajo, dirigido por investigadores de la Universidad de Columbia Británica (UBC), fue publicado en colaboración con la Universidad de Friburgo. carta de revisión física.
“Controlar la rotación de una molécula disuelta en cualquier líquido es un desafío”, dijo la Dra. Valerie Milner, profesora asociada de física y astronomía de la UBC y autora del artículo.
“Las moléculas disueltas interactúan con los componentes atómicos o moleculares del líquido, volviéndose efectivamente más grandes y más difíciles de girar. Imagínese construir una bola de nieve: cuando es pequeña es fácil de mover, pero a medida que se agrega más nieve, se vuelve más dura”.
Entendiendo los superfluidos
Los superfluidos, como el helio líquido enfriado a temperaturas cercanas al cero absoluto, son un estado inusual de la materia que fluye sin viscosidad. Aunque no tienen fricción interna, actúan como disolventes, permitiendo que las moléculas se disuelvan en su interior.
“La cuestión de interés en la ciencia de los materiales cuánticos, y este nuevo enfoque nos ayudará a explorar, es qué cambia desde el punto de vista de las moléculas disueltas (disueltas) cuando se pasa de un fluido normal a este tipo de superfluido cuántico”, añadió el Dr. Milner.
Una nueva técnica de centrífuga óptica
Se han utilizado centrífugas ópticas convencionales para hacer girar moléculas en gases exponiéndolas a pulsos de láser giratorios. A medida que gira el campo eléctrico del láser, las moléculas de gas se alinean con él y comienzan a girar. Sin embargo, hasta ahora el mismo enfoque no ha tenido éxito con moléculas sumergidas en superfluidos.
Para superar esa limitación, el Dr. Milner y sus colegas incrustaron las moléculas en nanogotas de helio dopadas con dímeros de óxido nítrico. Luego introducen un breve retraso entre los pulsos del láser. La interferencia resultante crea una velocidad de rotación mucho más lenta y constante que facilita que las moléculas giren, lo que los investigadores describen como su “capacidad de giro”.
Explorando los límites de la superfluidez
Los investigadores ahora planean cambiar la frecuencia de rotación (usando una nueva “perilla de control” proporcionada por la nueva centrífuga) para identificar un punto crítico donde se espera que la rotación molecular se reduzca drásticamente a medida que el superfluido comienza a descomponerse.
“No se comprende bien cómo y cuándo, por ejemplo con qué frecuencia, se produce esta transición en una escala atómica tan pequeña”, dijo el Dr. Milner. “Esa es el área principal que estamos investigando en este momento”.
La investigación fue apoyada por el Consejo de Investigación de Ingeniería y Ciencias Naturales de Canadá, la Fundación Canadiense para la Innovación y el Fondo de Desarrollo del Conocimiento de BC.
