Cuando se irradian con luz infrarroja, ciertas moléculas, como las ftalocianinas metálicas, vibran y producen pequeños campos magnéticos localizados. Los investigadores pretenden cuantificar estos efectos y manipular estos campos de forma experimental para posibles aplicaciones en la computación cuántica. Crédito: SciTechDaily.com
Los físicos de TU Graz han determinado que ciertas moléculas pueden ser estimuladas por pulsos de luz infrarroja para crear pequeños campos magnéticos. Si los esfuerzos experimentales también tienen éxito, la técnica podría utilizarse en circuitos informáticos cuánticos.
Cuando las moléculas absorben luz infrarroja, vibran a medida que ganan energía. Andreas Hauser, del Instituto de Física Experimental de la Universidad Tecnológica de Graz (TU Graz), utilizó este proceso bien conocido como base para investigar si estas vibraciones podrían generar campos magnéticos. Dado que los núcleos están cargados positivamente, el movimiento de estas partículas cargadas crea un campo magnético.
Utilizando el ejemplo de las ftalocianinas metálicas (moléculas de colorantes planas y con forma de anillo), Andreas Hauser y su equipo han calculado que, debido a su alta simetría, estas moléculas en realidad generan pequeños campos magnéticos en el rango de los nanómetros cuando se activan mediante pulsos infrarrojos.
Según los cálculos, es posible medir la intensidad del campo, baja pero muy localizada con precisión, mediante espectroscopía de resonancia magnética nuclear. Los investigadores han publicado sus resultados. Revista de la Sociedad Química Estadounidense.
Danza circular de moléculas.
Para los cálculos, el equipo tomó los primeros trabajos de los primeros días de la espectroscopia láser, algunos de ellos con décadas de antigüedad, y utilizó la teoría moderna de la estructura electrónica en supercomputadoras del Vienna Scientific Cluster y TU Graz para calcular cómo se comportan las moléculas de ftalocianina. Luz infrarroja polarizada circularmente. Lo que sucedió fue que las ondas de luz polarizadas circularmente, es decir, retorcidas helicoidalmente, excitaron simultáneamente dos vibraciones moleculares en ángulo recto entre sí.
Andreas Hauser del Instituto de Física Experimental de la TU Graz. Crédito: Lunghammer – TU Graz
“Como toda pareja de rumba sabe, la combinación perfecta de adelante-atrás e izquierda-derecha crea un circuito pequeño y cerrado. Este movimiento circular de cada núcleo afectado crea en realidad un campo magnético, pero sólo localmente, con dimensiones del orden de unos pocos nanómetros», afirma Andreas Hauser.
Moléculas como circuitos en computadoras cuánticas.
Mediante la manipulación selectiva de la luz infrarroja es posible incluso controlar la fuerza y la dirección del campo magnético, explica Andreas Hauser. Podría convertir moléculas en interruptores ópticos de alta precisión que podrían usarse para construir circuitos para una computadora cuántica.
Representación esquemática de una molécula de ftalocianina metálica dispuesta en dos resonancias (roja y azul) que producen un momento dipolar eléctrico (verde) que gira en el plano molecular y, por tanto, un campo magnético. Crédito: Wilhelmer/Diez/Krondorfer/Hauser – TU Graz
Los experimentos son el siguiente paso.
Junto con colegas del Instituto de Física del Estado Sólido de la Universidad Técnica de Graz y un equipo de la Universidad de Graz, Andreas Hauser quiere demostrar experimentalmente que se pueden generar campos magnéticos moleculares de forma controlada.
«A modo de prueba, pero también para futuras aplicaciones, es necesario colocar la molécula de ftalocianina sobre una superficie. Sin embargo, esto cambia las condiciones físicas, lo que afecta a las propiedades de la excitación inducida por la luz y al campo magnético», explica Andreas Hauser. «Por eso queríamos encontrar un material de soporte que tuviera un impacto mínimo en el mecanismo deseado».
En el siguiente paso, el físico y sus colegas quieren cuantificar la interacción entre las ftalocianinas depositadas, el material de soporte y la luz infrarroja.
Árbitro: Raphaël Wilhelmer, Matthias Diess, Johannes K. Krondorfer y Andreas W. Hauser, 14 de mayo de 2024, “Pseudorotación molecular en ftalocianinas como herramienta para el control del campo magnético a nanoescala” Revista de la Sociedad Química Estadounidense.
DOI: 10.1021/jacs.4c01915
El estudio fue financiado por el Fondo Austriaco para la Ciencia.
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