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Control de fonones con fotones de luz

02.10.2017

Un grupo de investigadores de la Universidad de Viena, Austria, y la Universidad Tecnológica de Delft, Países Bajos, han desarrollado un nuevo método que permite medir y controlar ciertos parámetros de los cuantos de vibración sonora, los fonones, utilizando fotones de luz. Este método puede convertirse en la base para nuevos tipos de dispositivos de almacenamiento y procesamiento de información, sobre la base de los cuales se construirán computadoras cuánticas y sistemas de comunicación.

Los científicos han notado durante mucho tiempo que los fonones exhiben un comportamiento similar al de las partículas, razón por la cual se clasificaron como cuasipartículas. Además, la naturaleza inmaterial de los fonones hace posible usarlos como puente entre el mundo de la física clásica y el mundo cuántico. Pero para poder utilizar los fonones con este fin, es necesario no solo poder obtenerlos, sino también medir y controlar sus parámetros, que son los responsables de su estado cuántico.

El nuevo método desarrollado por los científicos se basa en pulsos de luz azul de alta energía, que iluminan el llamado cristal optomecánico de silicio, que tiene una forma determinada. Bajo la influencia de la energía de los fotones de luz azul, el cristal comienza a vibrar de manera especial y aparecen fonones en su medio. Y para interactuar con estos fonones, los científicos usan pulsos de luz roja de baja energía. Los fotones de luz roja interactúan con los fonones sin afectar su estado cuántico, algunos de ellos son reflejados y capturados por los sensores del interferómetro, que miden todos los parámetros principales de estos fotones.

La información transportada por los fotones de la luz roja reflejada contiene información sobre el estado de los fonones dentro del cristal. Los datos recopilados por los científicos mostraron que algunos fonones en un cristal obedecen las leyes de la mecánica cuántica en mayor medida que las leyes de la física clásica, es decir. son partículas cuánticas que se pueden utilizar en diversas tecnologías cuánticas.

Durante la investigación, los científicos han demostrado que debido a la naturaleza cuántica de los fotones de luz y algunos fonones dentro del cristal, la nueva tecnología se puede utilizar para almacenar información cuántica. Y las matrices de cristales resonadores de silicio se pueden colocar directamente en un chip de procesador cuántico o en un chip de memoria cuántica separado de un volumen suficientemente grande, cuya presencia puede expandir significativamente las capacidades de los sistemas de computación cuántica.

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Contenido de alcohol de la cerveza caliente. 07.05.2024

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El ruido del tráfico retrasa el crecimiento de los polluelos 06.05.2024

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Hidrógeno del oro y el óxido 23.05.2013

Ingenieros de la Universidad de Duke han desarrollado una nueva forma de producir hidrógeno puro que podría ayudar a resolver el problema de los combustibles fósiles insostenibles. Hay mucho hidrógeno en el medio ambiente, pero la producción y el transporte de hidrógeno molecular a escala industrial sigue siendo un asunto costoso y complicado. Además, con las tecnologías modernas para la producción de hidrógeno, el monóxido de carbono suele ser un subproducto tóxico para los humanos y los animales.

Por primera vez, los científicos lograron crear un proceso catalítico para reformar productos derivados del petróleo, que reduce la formación de CO dañino a casi cero. El nuevo proceso produce hidrógeno a temperaturas mucho más bajas, con dióxido de carbono y agua como subproductos. Cabe señalar que a pesar de las emisiones de CO2 durante la producción de hidrógeno, la contaminación atmosférica por este gas de efecto invernadero incluso disminuirá, ya que el hidrógeno se quema limpiamente, con la formación de agua.

El nuevo proceso de producción de hidrógeno se basa en el uso de catalizadores de nanopartículas de oro y óxido de hierro (óxido). Este es el know-how, porque hasta ahora se ha utilizado el oro como único catalizador, mientras que los ingenieros de la Universidad de Duke han utilizado el óxido de hierro como potenciador de la reacción catalítica.

Gracias al nuevo catalizador, las emisiones de monóxido de carbono son insignificantes en la producción de hidrógeno: menos del 0,002% o 20 partes por millón. Esto no solo reduce la contaminación atmosférica, sino que también permite la producción de hidrógeno puro apto para su uso en pilas de combustible. Además, el nuevo catalizador ha estado funcionando durante más de 200 horas sin ningún signo de reducción de la eficiencia o aumento de las emisiones de COXNUMX.

Si bien se desconoce el mecanismo exacto del catalizador, hasta ahora se creía que el óxido de hierro solo sirve como estructura de soporte para el oro. Sin embargo, resultó que puede influir directamente en la reacción de reformado de los productos derivados del petróleo. Los científicos creen que esto se debe al tamaño de las nanopartículas de oro y planean continuar con los experimentos en esta dirección. Queda por esperar que finalmente puedan encontrar un método suficientemente efectivo y seguro para la producción industrial de combustible de hidrógeno.

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