Evelyn C. Ayala3/julio/2025
Con un trabajo en proceso de publicación, y que nació en la tesis de doctorado de Atzin David Ruiz Pérez, el estudiante asociado al Instituto de Física (IF), se abre paso un descubrimiento en el campo de la mecánica cuántica con posibles avances en el desarrollo de tecnologías cuánticas: la creación de un Condensado de Bose Einstein (BEC, por sus siglas en inglés) a temperatura ambiente. Este trabajo ha podido llevarse acabo en el Laboratorio Universitario de Óptica de Superficies del IF.
Atzin Ruiz, Alejandro Reyes Esqueda, su asesor e investigador del IF, Salvador Escobar Guerrero, posdoctante en el grupo, Rocío Nava Lara, investigadora del Instituto de Energías Renovables de la UNAM (IER), y Gerardo Rayo, técnico. académico del IF, actualmente integran el grupo de investigación que demostró la interacción fuertemente acoplada entre la luz y la materia (polaritones) a partir de una estructura construida con características particulares.
“Yo estudio la respuesta óptica de materiales desde mi formación más básica y entre todos los temas que he estado estudiando, desde 2010 he trabajado en la respuesta óptica, fotónica, de materiales de silicio poroso y de ahí hemos sacado muchos resultados”, asegura Reyes Esqueda.
Cuenta el investigador que, a partir de las colaboraciones que ha entablado con instituciones como el IER y el Instituto de Ciencias Aplicadas y Tecnología (ICAT), surgió la inquietud de construir cavidades ópticas fabricadas con silicio poroso para evaluar el comportamiento de la luz emitida por puntos cuánticos semiconductores dentro de ella. Estos emisores, explica Reyes Esqueda, son sistemas de dos niveles que permiten controlar la luz.
Ese fue justamente el tema de investigación de Atzin Ruiz que culminó en la tesis “Estudio de sistemas fotónicos asimétricos y cuasi cristalinos de silicio poroso, efectos en la luminiscencia de puntos cuánticos”. El experimento consistió en introducir puntos cuánticos a la cavidad para observar las variaciones en la detección de la interacción entre la luz y la materia.
“Atzin Ruiz encontró que si variaba el ángulo de detección, después de meter los puntos cuánticos en la cavidad, variaba también el espectro, o sea, veía que había un corrimiento de la emisión y veía que la emisión se desdoblaba, excitando la incidencia normal. En resumen, se le ocurrió (a Atzin) medir a diferentes ángulos y vio que había una variación del espectro, entonces sistematizó la medida”, explicó el investigador.
En esta colaboración el secreto mejor guardado es el silicio poroso, un material que permitió no solo el andamiaje de la estructura sino que, gracias a sus propiedades, se observaron y estudiaron los polaritones que resultan del acoplamiento luz-materia. Otro factor clave en esta observación experimental es que dicho andamiaje puede estructurarse de diferentes maneras. En particular, para este hallazgo, se escogió una estructura fotónica multicapa cuasi-periódica basada en la serie de “Fibonacci”.
Se trata de una estructura cuasi-cristalina hecha de múltiples capas de silicio poroso, un semiconductor con un complejo índice de refracción (propiedad de un material para desdoblarse o refractarse al atravesar alguna superficie, en este caso el silicio). La cavidad está compuesta por 128 capas de baja y alta porosidad a las que se denominan A y B, y cada una con un espesor (grosor) de 278 y 300 nanómetros, e índices de refracción de 1.4 y 2.6, respectivamente.
En un detalle muy importante, la cavidad abierta contiene un solo espejo que rebota la luz en todas las direcciones posibles. De acuerdo con Reyes Esqueda, fabricar la cavidad con condiciones abiertas y la emisión de luz continua ayudó a romper la simetría y, por lo tanto, a aumentar la respuesta óptica y favorecer la formación de polaritones y condensados.
“La reflectancia es un proceso coherente, entonces hay que hacer otro tipo de medidas para discriminar que se trate de otro fenómeno y ver que es un acoplamiento fuerte. Pero al medir la fotoluminiscencia, que es un proceso incoherente, la única explicación posible es la formación de polaritones”, dijo el investigador.
Una de las ventajas que presenta la cavidad diseñada por el grupo de investigación es que el silicio es un material de bajo costo lo que permite replicar el experimento en cualquier laboratorio. Además, el diseño de la cavidad permite el control de la respuesta óptica y de la simetría.
“Desde 2020 hemos (el equipo de investigación) observado polaritones y en nuestro estudio de cómo se comportan al variar la intensidad de excitación finalmente logramos llegar al Condensado entre diciembre de 2023 y enero de 2024”, dijo Reyes Esqueda. Sus resultados han sido presentados en congresos internacionales como la Advanced Photonics Congress en 2021 y seminarios recientes este año.
Las aplicaciones de este trabajo repercuten en mejoras para estudiar cada vez más profundo la interacción fuertemente acoplada entre luz y materia y, con ello, mejorar la eficiencia de equipos tecnológicos, entre ellos, computadoras cuánticas.
