Evelyn C. Ayala03/julio/2026
¿Y si el secreto para desarrollar nuevas tecnologías estuviera en atrapar luz dentro de un cristal? Esto fue lo que puso a prueba un equipo de investigación del Instituto de Física de la UNAM, logrando, crear y controlar remolinos de fluidos cuánticos de luz a temperatura ambiente (25°C) utilizando microcristales de perovskita del tamaño de una bacteria.
Los resultados de esta investigación, publicados el pasado 15 de junio en la revista ACS Photonics, fueron desarrollados principalmente en el Instituto de Física de la UNAM y contaron con el apoyo de fondos de la UNAM y la SECIHTI (Secretaría de Ciencia, Humanidades, Tecnología e Innovación). Por parte del Instituto de Física, el equipo estuvo integrado por Martín Montagnac, Yesenia García-Jomaso, Emiliano Robledo Ibarra, Rodrigo Sánchez-Martínez, César Ordóñez-Romero, guiados por los investigadores Hugo Lara-García, Arturo Camacho-Guardian, y Giuseppe Pirruccio. Asimismo, participó el estudiante Moroni Santiago-García, del Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE).
Tradicionalmente, observar los comportamientos del mundo cuántico requería de laboratorios altamente especializados capaces de producir y mantener temperaturas tan bajas que se acercaban al cero absoluto. Pero este nuevo estudio demuestra que hay otro camino para conseguir que las tecnologías futuras sean más eficientes y prescindan de este entorno tan gélido como costoso.
Ahora, en lugar de fabricar complejas cavidades ópticas compuestas por espejos y láseres, el grupo de investigación propone utilizar un semiconductor hecho de perovskita de haluro metálico (CsPbBr3). Este cristal, que emite un brillo verde al ser iluminado con luz ultravioleta, funciona como una cavidad por sí mismo, convirtiéndose en el escenario natural donde la luz y la materia se fusionarán para producir polaritones.
“La naturaleza reconoce que hay dos entidades que constituyen el Universo: la materia y la luz. La materia son cosas masivas, como los objetos que nos rodean y podemos manipular, y la luz, que esencialmente se propaga, para nuestros tiempos, de forma instantánea. Y el polaritón es un objeto cuántico que aparece en muchos sistemas y es gracias a los principios de superposición en los cuales la mecánica cuántica nos dice que hay dos estados posibles simultáneamente”, explica Arturo Camacho.
Los polaritones son estados cuánticos en los que las partículas son mitad fotón (luz) y mitad materia. Camacho también indica que al contar con las propiedades de la luz, un polaritón tiene la capacidad de transformarse y ser dispersivo, es decir, que es dinámico, moldeable, sensible y veloz, lo que permite manipularlo según las necesidades del chip que se quiera fabricar.
De acuerdo con los investigadores, “cuando millones de polaritones ocupan un mismo estado cuántico, ocurre algo extraordinario: se comportan como un solo fluido de luz y materia, coherente, sincronizado, con propiedades que no tienen paralelo en el mundo clásico. Es lo que los físicos llaman un Condensado de Bose-Einstein polaritónico”.
Giuseppe Pirruccio indica que este fluido es un gas. “Se puede pensar como un conjunto de partículas que tienen una interacción entre ellas, o sea están suficientemente cerca como para poder interactuar y tienen efectos como un flujo justamente por la luz que se propaga y viaja en una cierta dirección, entonces este fluido también viaja en una cierta dirección y tienen algunos fenómenos análogos (similares) que se ven en fluidos normales como el agua o algún otro líquido, que es justamente la vorticidad”, explica.
Sin embargo, lograr que estos remolinos de luz fluyan de manera estable y ordenada suele requerir condiciones extremas. En los semiconductores tradicionales, la unión de luz y materia puede romperse con el incremento de la temperatura debido a que se rompe la coherencia entre las partículas, pero al utilizar perovskita esta limitación desaparece gracias a la naturaleza del cristal que permite que los polaritones se mantengan unidos y estables a temperatura ambiente.
“La mezcla de luz y materia disminuye mucho la masa total del objeto. Entre más baja la masa, más alta es la temperatura… Los materiales que se ocupan a temperatura ambiente necesitan tener una resonancia de la materia que la comunidad científica le llama “excitón”, que sobrevive y es suficientemente fuerte para que la temperatura ambiente se vea, si no se ve entonces el condensado tampoco se va a ver a temperatura ambiente”, comenta Pirruccio.
La resonancia a la que el investigador hace referencia se debe a un fenómeno conocido como galería susurrante (whispering gallery o WGM, en inglés). El nombre proviene de un efecto arquitectónico que ocurre en lugares como las catedrales o los teatros circulares, donde si una persona susurra pegada a la pared, alguien al otro lado del recinto puede escucharla porque las ondas de sonido rebotan por toda la orilla.
En este experimento ocurre exactamente lo mismo, pero en lugar de sonido, lo que se queda atrapado rebotando a toda velocidad dentro de las paredes del microcristal es la luz.
Al respecto, Hugo Lara destaca la estructura de este sistema. “Es una autocavidad que no necesita espejos para confinar la luz, sino que a partir de un fenómeno muy conocido que es la reflexión total interna, nos permite que la luz que entra a esta cavidad no salga y se quede ahí confinada, atrapada y entonces eso hace que la interacción luz-materia sea muy fuerte. De hecho el factor de calidad es mucho mayor de lo que nosotros podríamos lograr con espejos”, indica.
Los investigadores explican que la luz dentro del cristal se genera por sí sola, lo que permite controlar mejor los fenómenos cuánticos que ocurren ahí. “Nuestro trabajo tiene una componente importante que es el desorden, que rompe esta condición de cavidad perfecta para que poquita luz salga, es análogo en algún sentido a las cavidades tradicionales con espejos normales, pero la hace menos perfecta de forma tal que pueden meter y sacar luz y ver qué pasa dentro. Y nosotros usamos una idea parecida porque utilizamos desorden para hacer esto pero el desorden no solo te permite meter y sacar luz sino también cambiar las propiedades del mismo Condensado”, explica Pirruccio.
En este escenario surgen los vórtices cuánticos. A diferencia de un remolino de agua en una cubeta o en una taza de café, donde se forma un remolino de agua que poco a poco pierde fuerza hasta desaparecer y el centro del remolino depende según la velocidad, en el mundo cuántico las reglas son distintas.
Un vórtice cuántico es un remolino de luz eterno y mantiene su forma a lo largo del tiempo con una circulación cuantizada. Probablemente lo más llamativo de estas estructuras cuánticas es lo que ocurre en su centro; tal y como sucede con un huracán donde los vientos están descontrolados a excepción del centro donde todo es calma, así las partículas no pueden ocupar el centro y la luz circula de forma perfectamente ordenada alrededor del centro del remolino.
Este mundo cuántico es invisible al ojo humano, por lo que para confirmar que el cristal contenía el fluido y la formación de vórtices, los investigadores utilizaron un interferómetro de Michelson modificado, un instrumento óptico con el que lograron “fotografiar” el experimento luego de hacer chocar la luz emitida por el microcristal consigo misma, superponiendo la imagen del condensado con su propia copia.
Al hacer interferir la luz emitida por el microcristal consigo misma, el aparato generó un patrón de rayas claras y oscuras que reveló la fase del condensado. Al identificar en este patrón estructuras características en forma de tenedor, los investigadores confirmaron la presencia de vórtices cuánticos en el cristal. “Los vórtices son la demostración de esta idea del fluido. Es como una especie de firma preliminar de la superfluidez”, dice Pirruccio.
Con este aporte, no solo se elimina la necesidad de contar con presupuestos monumentales y equipos complejos, sino que también simplifica el experimento para, con ello, transformar un fenómeno de laboratorio en una tecnología práctica, compacta y escalable para los microchips del futuro.
