A13 Electronica Cuantica, Fotonica y MEMS

Tópico

En el límite entre la electrónica convencional y la física cuántica aparecen dispositivos cuyo funcionamiento depende directamente de fenómenos cuánticos. Los LEDs y los láseres de semiconductor emiten partículas de luz cuando un electrón y un hueco se recombinan dentro del material —esta misma recombinación que ya describió el modelo de física de semiconductores—, y la energía, y por tanto el color, de esa luz emitida depende directamente de esta misma banda prohibida que ya estableció ese modelo; distintos materiales permiten cubrir, con esta misma familia de dispositivos, desde el ultravioleta hasta el infrarrojo. La eficiencia cuántica mide qué fracción de los electrones inyectados terminan efectivamente convertidos en fotones que logran escapar del dispositivo, y es uno de los parámetros clave que distingue a un LED de iluminación de alta calidad de uno mediocre.

Los sistemas microelectromecánicos (MEMS) integran, sobre el mismo chip que la electrónica de control, estructuras mecánicas microscópicas —vigas, membranas, masas suspendidas— capaces de vibrar o moverse; el acelerómetro que lleva integrado cualquier teléfono inteligente, por ejemplo, es esencialmente una masa microscópica suspendida cuya frecuencia natural de vibración cambia de forma medible cuando el dispositivo se acelera.

El efecto túnel cuántico, por el cual una partícula tiene una probabilidad no nula de atravesar una barrera de energía que, según la física clásica, debería resultarle infranqueable, es la base tanto de ciertos instrumentos de microscopía de altísima resolución como de los procesadores cuánticos actuales, cuyos elementos básicos —los qubits superconductores— deben operar a temperaturas extraordinariamente cercanas al cero absoluto para que este mismo ruido térmico que ya describió el modelo de ruido electrónico no destruya el delicado estado cuántico que sostienen.

Por eso este módulo, que abre en el límite entre la electrónica convencional y la física cuántica, cierra mostrando que ese límite no es una frontera abstracta: es, muy concretamente, la temperatura a la que el ruido térmico ordinario deja de ser una molestia manejable y pasa a destruir por completo el fenómeno cuántico que un dispositivo necesita preservar para funcionar.

ID:4071