Primeras imágenes del calor atómico en materiales cuánticos: un avance clave para la computación y la electrónica del futuro
Científicos logran visualizar por primera vez el calor a escala atómica, revelando un fenómeno oculto que redefine la física de los materiales cuánticos. El hallazgo abre la puerta a diseñar dispositivos electrónicos y cuánticos con precisión térmica jamás vista.
Por Enrique Coperías
Ilustración de la medición experimental de las vibraciones térmicas en un solo átomo. Cortesía: Yichao Zhang et al.
Un equipo de investigadores liderado por la Universidad de Maryland ha conseguido lo que hasta hace poco parecía imposible: obtener imágenes microscópicas del movimiento térmico de átomos individuales.
El avance, publicado en la revista Science, documenta por primera vez el efecto del calor a escala atómica en materiales cuánticos bidimensionales y pone de manifiesto un nuevo tipo de movimiento atómico que podría transformar el diseño de dispositivos electrónicos ultrafinos y tecnologías cuánticas.
La investigación, encabezada por la profesora Yichao Zhang, supone un paso decisivo en la comprensión de cómo las vibraciones atómicas —una especie de huella térmica microscópica— afectan a las propiedades de materiales destinados a la próxima generación de dispositivos electrónicos.
Con la inestimable ayuda de la pticografía
Este logro ha sido posible gracias al desarrollo de una técnica pionera de microscopía electrónica, denominada pticografía, que ha conseguido materializar la resolución atómica más alta jamás registrada: inferior a 15 picómetros, es decir, menos de una milésima parte del ancho de un átomo de hidrógeno.
La pticografía es una técnica avanzada de microscopía que permite reconstruir imágenes con resolución extremadamente alta a partir de patrones de difracción de electrones o rayos X. En lugar de formar una imagen directamente, como ocurre en la microscopía convencional, la pticografía registra cómo se dispersa un haz de partículas al atravesar un material y luego utiliza algoritmos computacionales para reconstruir la imagen con un nivel de detalle que supera los límites ópticos tradicionales.
Esta técnica es especialmente útil para observar estructuras atómicas y fenómenos cuánticos que antes resultaban invisibles.
Qué son los fasones moiré y por qué importan en la física de materiales
Gracias a la pticografía, los científicos han podido observar por primera vez los llamados fasones moiré. Se trata de un fenómeno físico que ocurre en materiales bidimensionales cuando se superponen dos capas atómicas giradas ligeramente entre sí, como ocurre en el grafeno retorcido o moire superlattices. Hasta ahora, este efecto solo se conocía por predicciones teóricas, ya que no había sido posible verlo directamente.
Estas oscilaciones atómicas, responsables de alterar la forma en que se transmite el calor y fluye la electricidad en estos materiales, eran prácticamente invisibles con las tecnologías anteriores.
«Es como descifrar un lenguaje oculto del movimiento atómico — explica Zhang—. La pticografía electrónica nos permite ver directamente esas sutiles vibraciones térmicas. Ahora tenemos una herramienta poderosa para explorar una física cuántica que antes estaba oculta, y esto acelerará los descubrimientos en materiales cuánticos bidimensionales».
Aplicaciones potenciales: computación cuántica, sensores y electrónica eficiente
El hallazgo tiene implicaciones profundas. No solo confirma predicciones teóricas largamente sostenidas sobre los fasones moiré, sino que demuestra que es posible mapear las vibraciones térmicas con una precisión atómica sin precedentes. Este nuevo enfoque podría abrir la puerta a:
✅ Dispositivos cuánticos más estables y eficientes.
✅ Electrónica de ultra bajo consumo energético.
✅ Sensores nanométricos para salud, energía o medio ambiente.
✅ Nuevas estrategias en la gestión térmica de chips y procesadores.
El equipo de Zhang continuará investigando cómo los defectos y interfaces en los materiales influyen en estas vibraciones atómicas, lo que podría dar lugar a una nueva generación de tecnologías más controlables y sostenibles.
Este avance no solo redefine cómo se visualiza el calor a nivel atómico, sino que sienta las bases para una nueva generación de tecnologías cuánticas construidas sobre los cimientos de la física de materiales más fundamental. ▪️
Información facilitada por la Universidad de Maryland
Fuente: Yichao Zhang et al. Atom-by-atom imaging of moiré phasons with electron ptychography. Science (2025). DOI: 10.1126/science.adw7751
