Estudio de físico chileno revela prometedores hallazgos en cuántica y óptica

Mario Molina, académico del Departamento de Física de la Facultad de Ciencias de la Universidad de Chile lleva a cabo una investigación pionera donde está explorando nuevas vías en sistemas cuánticos y ópticos, cuyos hallazgos prometen impactar en tecnología óptica, redes eléctricas y abrir nuevas perspectivas en campos como la comunicación, la electrónica avanzada y las energías renovables.

Su estudio, titulado ‘Bound states in the continuum and hermitian and non-hermitian disordered lattices’ (2020-2024), que obtuvo la máxima puntuación en el concurso Fondecyt 2020 en Física Teórica y Experimental, exploró tres áreas fundamentales de la física cuántica.

En su investigación inicial, se enfocó en los “estados localizados en el continuo,” un tema antiguo en la mecánica cuántica sobre el cual se postulaba que las partículas (como los electrones), fuertemente atraídos a centros atractivos (como sus núcleos atómicos), tenían funciones de onda que se extendían por todo el espacio, formando un espectro continuo de energía.

Sin embargo, se descubrió que era posible crear, manualmente, funciones de onda para partículas no ligadas a un centro que se “localizaban” en regiones específicas del espacio, como pequeñas islas en un vasto océano, debido a fenómenos de interferencia cuántica.

El doctor Mario Molina extendió este modelo a sistemas cuánticos discretos, como una red eléctrica, creando manualmente ejemplos de estos estados localizados, cuyos resultados podrían tener aplicaciones en dispositivos eléctricos.

“En mi proyecto estudié estos estados en una red eléctrica bi-inductiva, donde las ondas son ondas de carga eléctrica. En este contexto, he podido establecer condiciones para lograr un estado de carga localizado en el espacio. Una posible aplicación de esto es la creación de un filtro eléctrico capaz de controlar la propagación de ondas de energía específicas mediante la modificación del espaciado entre las unidades eléctricas o sus frecuencias resonantes, lo que podría ser útil en diversas aplicaciones tecnológicas”, indica.

El segundo resultado del doctor Molina se relaciona con un concepto clave en la mecánica cuántica: el Hamiltoniano, un operador que describe cómo evolucionan las propiedades físicas de un sistema cuántico con el tiempo.

Este operador posee una propiedad matemática llamada hermeticidad que asegura que las energías sean reales y medibles en el laboratorio. “Por lo tanto, en las bases de la mecánica cuántica se instaló el concepto de que los Hamiltonianos debían ser hermíticos. Esto hasta hace poco cuando surgió la idea de que no es realmente necesario que el Hamiltoniano sea hermítico, sino que había Hamiltonianos no hermíticos que, sin embargo, son medibles, como los de simetría PT” explica.

“A la fecha se han estudiado numerosos casos de sistemas con simetría PT, buscando aplicaciones para la Física a pequeña escala. En nuestro caso, estudiamos la transmisión de luz a través de redes ópticas delgadas, para determinar las condiciones bajo las cuales este transporte de luz es acotado, y de cómo podemos controlarlo, lo que podría impactar en nuevas tecnologías ópticas” añade

Finalmente, la investigación abordó la “localización de Anderson”, que predice que el desorden en un sistema impide la propagación de señales o partículas a través de él. El estudio utilizó una red de anillos magnéticos, donde cada anillo tiene una frecuencia de resonancia aleatoria. Estos anillos son como “moléculas” magnéticas creadas en laboratorio con propiedades magnéticas especiales.

“Exploramos implicaciones para la manipulación de señales magnéticas en situaciones desordenadas. Se consideraron dos tipos de desorden: no correlacionado (perfecto) y correlacionado (no perfecto). Se encontró que aún es posible cierta movilidad en el caso correlacionado, lo que debilita la localización de Anderson. Es decir, que aún podríamos propagar señales a distancia en ciertos sistemas desordenados, lo que podría servir para optimizar el funcionamiento de láseres aleatorios o en paneles fotovoltaicos de última generación”, dice el doctor Molina.