Físicos del Instituto Fritz Haber Logran Atrapar Moléculas Estables de Monofluoruro de Aluminio en Trampa Magneto-Óptica

Un equipo de investigadores del Departamento de Física Molecular del Instituto Fritz Haber (FHI) ha alcanzado un hito fundamental en la física de ultratemperaturas al conseguir la primera trampa magneto-óptica (MOT) exitosa con una molécula estable y de capa cerrada: el monofluoruro de aluminio (AlF). Este avance representa un avance significativo, ya que abre una nueva vía para la manipulación cuántica de sistemas moleculares, un campo que tradicionalmente ha presentado mayores obstáculos que el manejo de átomos neutros.

Durante aproximadamente cuatro décadas, las trampas magneto-ópticas han sido esenciales para enfriar átomos neutros a temperaturas próximas al cero absoluto, lo que ha impulsado tecnologías como los relojes atómicos ópticos y los prototipos de computadoras cuánticas. No obstante, la complejidad inherente a la estructura energética de las moléculas ha dificultado su captura selectiva. Anteriormente, solo se había logrado atrapar moléculas reactivas con electrones desapareados, clasificadas como especies de doblete de espín. El equipo del FHI superó esta limitación al atrapar el AlF, una molécula de singlete de espín que, gracias a su robusto enlace químico, es químicamente inerte, lo que facilita su manipulación en el laboratorio y minimiza las pérdidas por reacciones.

Este logro requirió innovaciones significativas en tecnología láser y óptica, fruto de una colaboración estrecha entre la academia y la industria. Específicamente, el enfriamiento del AlF exigió la operación de cuatro sistemas láser a una longitud de onda de 227.5 nm, la más corta utilizada hasta la fecha para confinar cualquier átomo o molécula. La capacidad del sistema para enfriar y confinar selectivamente el AlF en tres niveles cuánticos rotacionales distintos constituye una primicia, permitiendo a los científicos alternar entre estos estados simplemente ajustando las longitudes de onda de los láseres, lo que confiere un control cuántico sin precedentes sobre las dinámicas moleculares.

Sid Wright, líder del equipo, expresó la visión de operar con una fuente de vapor de AlF compacta y económica, señalando que los experimentos iniciales ya confirman la estabilidad del AlF incluso después de colisiones con paredes a temperatura ambiente. Este avance culmina un esfuerzo de casi ocho años, que incluyó extensos estudios espectroscópicos y el desarrollo de tecnología de ultravioleta profundo. La física de ultratemperaturas, al enfriar la materia a fracciones de grado por encima del cero absoluto, funciona como un microscopio que enfoca fenómenos cuánticos. El AlF atrapado promete catalizar nuevas mediciones de precisión y un control cuántico más profundo de las moléculas, con la posibilidad de alcanzar temperaturas aún más bajas debido a un estado electrónico metaestable y de larga duración presente en el AlF.