Las primeras imágenes directas revelan vibraciones térmicas atómicas en materiales cuánticos


Investigadores de la Universidad de Maryland han logrado un progreso innovador en la comprensión de los fenómenos a escala atómica que son relevantes para el desarrollo de dispositivos electrónicos y cuánticos de la próxima generación. Han registrado con éxito las primeras imágenes de microscopía de vibraciones térmicas atómicas, lo que hace que la luz se arroje sobre un tipo de movimiento recientemente identificado que podría influir significativamente en el diseño de tecnologías futuras.

Bajo el liderazgo de Yichao Zhang, un maestro universitario del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales, el equipo de investigación ha desarrollado una nueva técnica de microscopía electrónica para retratar de inmediato «Moiré Phasons». Estos fenómenos juegan un papel crucial en la superconducción y la conductividad térmica de dos materiales dimensionales, que se investigan ampliamente por sus posibles aplicaciones en tecnologías electrónicas y cuánticas avanzadas.

Los hallazgos de este estudio, que presentan imágenes que documentan las vibraciones térmicas de los átomos individuales por primera vez, se publican en la valiosa revista Ciencia. El estudio es particularmente notable porque Moiré -Phasons ha escapado de la observación experimental directa durante mucho tiempo, lo que limita la comprensión de los materiales involucrados.

El equipo de Zhang utilizó una técnica llamada «Electron Ptychography», logrando una resolución sin precedentes, mejor que 15 picómetros. Esta resolución mejorada facilitó la detección de vibraciones atómicas individuales causadas por fluctuaciones térmicas. La investigación indica que los fasones Moiré localizados espacialmente regulan significativamente las vibraciones térmicas en estructuras bidimensionales giradas, lo que cambia fundamentalmente la conceptualización de estos materiales.

El estudio no solo confirmó predicciones teóricas con respecto a los fasones Moiré, sino que también marcó un momento crucial en la capacidad experimental, que hizo posible el mapeo de la escala atómica de las vibraciones térmicas. Zhang describió el rendimiento como «la decodificación de un lenguaje oculto del movimiento atomario», y enfatiza que la picografía de electrones hace que la visualización de vibraciones sutiles sea posible que estuvieran fuera de alcance. Esta técnica abre nuevas formas de explorar la física previamente desconocida, promoviendo descubrimientos en materiales cuánticos de dos dimensiones.

En el futuro, Zhang y su equipo querían investigar cómo los defectos e interfaces dentro de los materiales cuánticos y electrónicos influyen en las vibraciones térmicas. Controlar este comportamiento puede desbloquear un nuevo potencial al diseñar dispositivos innovadores que muestren propiedades térmicas, electrónicas y ópticas hechas a medida, de modo que el camino se elimina para el progreso en la computación cuántica, la eficiencia energética y la tecnología de sensores a escala nano.



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