Hacia el nanotermómetro

Un grupo de físicos españoles han conseguido la clave para construir un termómetro cuántico a escala nanométrica

Entender los límites de los termómetros cuánticos ayudará a medir con más precisión la temperatura dentro de las células, como se hizo en 2013 mediante un termómetro de nanodimantes (círculo) y nanopartícula de oro (cruz). Foto: G Kuckso et al./Nature

Investigadores del Departamento de Física de la Universidad Autónoma de Barcelona (UAB) y de la Universidad de Nottingham (Reino Unido) establecen en un artículo publicado en la revista Physical Review Letters los límites de la termometría, es decir, cuál es la fluctuación más pequeña de la temperatura que se puede llegar a medir. Los autores han estudiado cuál sería la sensibilidad de termómetros hechos de un puñado de átomos, lo suficientemente pequeños como para exhibir comportamientos típicamente cuánticos. De hecho, plantean el mejor termómetro a nanoescala que permiten las leyes de la física.

Los investigadores han caracterizado en detalle este tipo de sondas térmicos, unos dispositivos que proporcionarían una estimación de la temperatura con una precisión sin precedentes. Para ello, han combinado las herramientas de la termodinámica y de la metrología cuántica, que trata de las medidas ultraprecisas en sistemas cuánticos.

Los físicos han buscado cuál sería la precisión máxima que se podría conseguir en una situación real, en la que el tiempo para medir podría ser muy breve debido a limitaciones experimentales inevitables. En la investigación también han observado que estos termómetros podrían mantener una sensibilidad constante en un amplio rango de temperaturas, a cambio de sacrificar parte de esta precisión.

Aplicaciones en nanocircuitos

Para los autores de la investigación “conseguir un nanotermómetro suficientemente sensible a esta escala representaría un gran paso para la nanotecnología, con aplicaciones en biología, química, física e, incluso, en el diagnóstico y el tratamiento de enfermedades”. Los resultados pueden ayudar a los científicos a empujar los límites de la tecnología para poder medir dentro de las células o en circuitos electrónicos diminutos.

En el estudio han participado los investigadores del Departamento de Física de la UAB Luis A. Correa, autor principal, y Mohamed Mehboudi; la investigadora ICREA en el mismo departamento Anna Sanpera, y el investigador de la Universidad de Nottingham Gerardo Adesso.

Artículos científicos:

Luis A. Correa, Mohammad Mehboudi, Gerardo Adesso, and Anna Sanpera. Individual Quantum Probes for Optimal Thermometry. Phys. Rev. Lett. 114: 220405, 5 de junio de 2015.

Fuente: UAB.