Por primera vez, investigadores han demostrado que la luz se comporta como el efecto Hall cuántico, un fenómeno observado previamente solo en electrones. Ahora los fotones se desplazan lateralmente en pasos cuantizados determinados por constantes fundamentales. Este avance podría mejorar las mediciones de precisión y avanzar en las tecnologías fotónicas cuánticas.
El efecto Hall, descubierto a finales del siglo XIX, implica la aparición de un voltaje lateral a través de un material cuando una corriente eléctrica fluye a través de él bajo un campo magnético perpendicular. Esto ocurre porque el campo magnético desvía los electrones cargados negativamente hacia un lado, creando una acumulación de carga y una diferencia de voltaje medible. Los científicos han utilizado durante mucho tiempo este efecto para medir campos magnéticos con precisión y evaluar los niveles de dopaje de los materiales. nnEn la década de 1980, experimentos con conductores ultra-delgados a temperaturas muy bajas y campos magnéticos fuertes revelaron el efecto Hall cuántico. Aquí, el voltaje lateral forma plateaus distintos que aumentan en pasos, independientes de los detalles del material y determinados únicamente por la carga del electrón y la constante de Planck. Este descubrimiento mereció Premios Nobel de Física en 1985 por el efecto Hall cuántico, 1998 por su versión fraccionaria y 2016 por fases de materia topológicas relacionadas. nnReplicar esto con luz ha sido un desafío porque los fotones, a diferencia de los electrones, no llevan carga eléctrica y no responden directamente a campos eléctricos o magnéticos. Un equipo internacional, incluyendo investigadores de la Université de Montréal, ha logrado ahora observar un desplazamiento transversal cuantizado de la luz. Su trabajo aparece en Physical Review X. nn«La luz se desplaza de manera cuantizada, siguiendo pasos universales análogos a los observados con electrones bajo campos magnéticos fuertes», dijo Philippe St-Jean, profesor de física en la Université de Montréal y coautor del estudio. nnEl efecto Hall cuántico sustenta la metrología moderna, como la definición del kilogramo utilizando constantes fundamentales mediante dispositivos electromecánicos calibrados por estándares de resistencia eléctrica de estos plateaus. St-Jean señaló: «Hoy, el kilogramo se define en base a constantes fundamentales utilizando un dispositivo electromecánico que compara corriente eléctrica con masa. Para que esta corriente esté perfectamente calibrada, necesitamos un estándar universal para la resistencia eléctrica. Los plateaus del Hall cuántico nos dan exactamente eso». nnEsta versión basada en luz podría proporcionar referencias ópticas para mediciones, potencialmente junto a o reemplazando las electrónicas. También podría respaldar el procesamiento de información cuántica y computadoras fotónicas más robustas. Pequeñas desviaciones de la cuantización podrían habilitar sensores sensibles que detecten cambios ambientales. nnSt-Jean añadió: «Observar un desplazamiento cuantizado de la luz es único en su desafío, ya que los sistemas fotónicos están inherentemente fuera de equilibrio. A diferencia de los electrones, la luz exige un control, manipulación y estabilización precisos». Este logro apunta a nuevos diseños para dispositivos fotónicos en transmisión y procesamiento de información.
