En un estudio publicado el 19/12/24 en la revista especializada Physical Review Journal (APS), investigadores de la Universidad Macquarie de Australia demostraron cómo las propiedades únicas de las uvas, especialmente su contenido en agua y su forma, pueden amplificar campos magnéticos a nivel microscópico. Este descubrimiento ha permitido combinar estos campos con tecnologías avanzadas, como los nanodiamantes, para crear sensores cuánticos más compactos y eficientes.
La curiosidad por las uvas no es nueva. En la década de 1990, los experimentos caseros con uvas en microondas comenzaron a despertar interés cuando se observó que podían producir plasma: pequeñas esferas luminosas de partículas cargadas. En los últimos años, videos virales en redes sociales han popularizado este fenómeno, intrigando tanto a aficionados como a científicos.
Este descubrimiento abre un camino completamente nuevo en el diseño de resonadores de microondas para tecnologías cuánticas”.
Thomas Volz, uno de los científicos autores de la investigación.
La explicación detrás de estas chispas reside en lo que se conoce como resonancias dependientes de la morfología (MDR, por sus siglas en inglés). Estas resonancias se generan cuando las microondas interactúan con los altos niveles de agua en las uvas, concentrando la energía en un punto caliente que puede generar plasma. Sin embargo, el nuevo estudio liderado por el científico oriundo de Maldivas, Ali Fawaz, junto a su equipo, no se centraron en las chispas, sino en los intensos campos magnéticos generados en el espacio entre dos uvas colocadas juntas.
El experimento: uvas y nanodiamantes
La clave del éxito del experimento radica en los centros de vacantes de nitrógeno (NV) de los nanodiamantes. Estos defectos microscópicos, creados al sustituir átomos de carbono en la estructura del diamante por nitrógeno, actúan como sensores cuánticos extremadamente sensibles. Cuando los nanodiamantes se exponen a un campo magnético, estos centros NV responden con un brillo rojo que puede ser detectado y medido.
En este estudio, los investigadores colocaron un nanodiamante en la punta de una fibra óptica delgada, situándola entre dos uvas colocadas estratégicamente. Al iluminar los nanodiamantes con un láser verde, se observó cómo el brillo rojo emitido variaba dependiendo de la intensidad del campo magnético. Sorprendentemente, la presencia de las uvas duplicó la fuerza del campo magnético detectado, confirmando su capacidad de amplificación.
Este resultado valida investigaciones previas sobre resonancias en uvas, pero también abre nuevas posibilidades prácticas. Los centros NV ya son utilizados en la medición de campos magnéticos, temperatura y presión, incluso en condiciones normales de temperatura ambiente. Ahora, su combinación con un resonador de “uvas” ofrece un sistema simple y efectivo para aplicaciones cuánticas.
Uvas, agua y campos magnéticos
¿Por qué funcionan tan bien las uvas en este contexto? La respuesta está en el agua, que constituye la mayor parte de su composición. A nivel molecular, el agua tiene una alta permitividad dieléctrica, lo que significa que puede concentrar energía de microondas en frecuencias específicas. En este experimento, las uvas resonaron perfectamente a 2,87 GHz, la frecuencia utilizada por los nanodiamantes para detectar campos magnéticos.
Sin embargo, no todo es perfecto. Aunque las uvas superan a materiales tradicionales como el zafiro en su capacidad para concentrar microondas, también presentan desventajas. El agua tiende a perder energía rápidamente, lo que limita su eficiencia para aplicaciones de largo plazo. Este equilibrio entre concentración de energía y estabilidad es uno de los desafíos que los investigadores intentan superar.
La geometría también juega un papel crucial. Las uvas utilizadas en el experimento tenían una longitud específica de aproximadamente 27 milímetros. Según los científicos, este tamaño permite una resonancia óptima y maximiza el campo magnético generado en el espacio entre ellas. Ajustar estas dimensiones podría mejorar aún más los resultados.
¿Qué significa esto para el futuro de los sensores cuánticos?
El éxito de este estudio podría cambiar radicalmente el diseño de sensores cuánticos y resonadores de microondas. Tradicionalmente, estos dispositivos han dependido de materiales caros y complejos como el zafiro, pero las uvas demuestran que soluciones más simples y accesibles podrían funcionar igual de bien en ciertas condiciones.
“Este avance podría permitir la miniaturización de sensores cuánticos, integrándolos en dispositivos más pequeños y económicos,” afirma el profesor Volz. Esto sería un gran paso hacia aplicaciones prácticas en áreas como la medicina, las telecomunicaciones y la exploración espacial.
Por otra parte, los investigadores ya están explorando materiales que combinen las propiedades del agua con una mayor estabilidad. Estos materiales podrían reemplazar a las uvas, proporcionando un equilibrio entre eficiencia, tamaño compacto y sostenibilidad a largo plazo.
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