Bikoitia ala bakoitia: molekula bakar batek aldea egiten du mundu kuantikoan
CIC nanoGUNEko Detekzio Kuantikoko Mikroskopia taldeko ikertzaileek, Santiago de Compostelako Unibertsitateko CiQUS zentroko kimikariekin lankidetzan, frogatu dute kate kuantiko bati molekula bakar bat gehitzeak edo kentzeak errotik alda dezakeela kate horrek supereroale batekin duen interakzioa. Gakoa ezaugarri sinple batean datza: parekotasuna, hau da, katearen unitate-kopurua bikoitia edo bakoitia den. Hala, unitate-kopuru bakoitia duten kateek interakzio magnetikoak ezartzen dituzte supereroalearekin; unitate-kopuru bikoitia dutenek, berriz, ez. Ikerketa honen emaitzak Nature aldizkari ospetsuan argitaratu dira.
Kateak triangulenoz osatuta daude; hiruki-formako grafeno-zati txikiak dira, eta haietako bakoitzaren spina 1 da (S=1). Unitate magnetiko horiek elkartzen direnean, haien spinek elkarri eragiten diote, eta egoera kuantiko kolektibo bat eratzen dute: Haldaneren fasea. Fase hori duela lau hamarkada baino gehiago iragarri zen teorikoki. Ezaugarri berezienetako bat da spin osoko unitatez eraikitako kate batek spin-egoera frakzionarioak garatzen dituela bi muturretan, hau da, spin horren erdia duten (S= 1/2) objektu kuantikoak.
Ikertaldeak xede hartu zuen aztertzea zer gertatzen den egoera frakzionario horiek supereroale batekin kontaktuan jartzen direnean. Gai horri heltzeak, ordea, erronka esperimental bat zekarren. Karbonozko nanoegiturak zehaztasun atomikoz fabrikatzeko, on-surface sintesi-teknikak baliatzen dira, eta, prozesu horretan, urrezko gainazalak erabiltzen dira plataforma gisa. Urreak, ordea, ez du supereroaletasunik. Beste material batzuek, niobioak kasurako, supereroaletasuna dute, baina ez dute eskaintzen sintesi-mota hori gauzatzeko moduko ingurune kimikorik.
Oztopo hori gainditzeko, ikertzaileek estrategia hau garatu zuten: niobiozko kristal baten gainean 25-30 geruza atomikoko lodiera duen urrezko pelikula bat haztea. Hala, urrezko filma supereroankor bihurtzen da supereroalearengandik hain gertu egoteagatik. Modu horretara sortutako plataformak bi materialen ezaugarriak uztartzen ditu; izan ere, urrearen ingurune kimikoa mantentzen du eta, ikuspegi elektronikotik, supereroale baten propietateak ditu.
Tunel efektuko mikroskopia eta espektroskopia bidez egindako neurketek parekotasun-efektu argia erakutsi zuten. Trianguleno-kopuru bakoitiko kateetan, ikertzaileek momentu magnetiko baten eta egoera supereroalearen arteko interakzioan sortzen den seinale bereizgarri bat detektatu zuten. Trianguleno-kopuru bikoitiko kateetan, aldiz, desagertu egiten dira seinale horiek, eta horrek agerian uzten du unitate-kopurua erabakigarria dela supereroalearekiko interakzioan.
"Molekula magnetikoak bit kuantiko gisa erabiltzeko hautagaiak dira, eta molekula horiek irakurtzeko eta zaratatik babesteko ingurune egoki bat eskaintzen dute supereroaleek. Haien arteko interakzioa kontrolatzea da erronka. Emaitza horiek erakusten digute badela metodo bat kateek supereroalearekin duten interakzioa pizteko edo itzaltzeko: kateei unitate bakar bat gehitzea edo kentzea", adierazi du Nacho Pascual nanoGUNEko Ikerbasque irakasleak. "Oinarrizko emaitzatik harago, lan honek orain arte lotzen zailak ziren bi tresna uztartzeko plataforma bat eskaintzen digu: material molekularren zehaztasun atomikoko eraikuntza eta supereroankortasuna", gaineratu du. "Horri esker, modu kontrolatuan aztertu ahal izango ditugu egoera magnetikoek, korrelazio kuantikoek eta fase topologikoek kondentsatu supereroale batekin dituzten interakzioak, molekulaz molekula diseinatu ahal izango baititugu interakzio horiek", adierazi du Nacho Pascualek.
Lan honen finantzatzaileak izan dira, batetik, MOLSENSE, Estatuko Ikerketa Agentziaren proiektu koordinatu bat, eta, bestetik, CONSPIRA, Europako Ikerketa Kontseiluaren (ERC) Advanced Grant proiektu bat, Nacho Pascualek CIC nanoGUNEn zuzendua. Bi proiektuak osagarriak dira; izan ere, neurrira diseinatutako molekulen sintesi kimikoa eta eskala atomikoko azterketa (tunel-efektuko mikroskopiaren bidez) uztartzen dituzte, grafenozko nanoegiturak fabrikatzeko eta haien egoera kuantikoa mikrouhin bidez kontrolatzeko, etorkizuneko sentsore eta teknologia kuantikoei begira.