Una cámara para observar el calor
Hasta hace poco, el calor solo se podía inferir a través de la medición de temperaturas y el cálculo de energías; nadie había podido «visualizar» de manera directa cómo vibran los átomos al calentar un material. Sin embargo, en 2025, un equipo internacional liderado por Yi Zhang logró lo que parecía un reto de ciencia ficción: capturar imágenes con una resolución inferior a 15 picómetros (menos de una diezmilésima del tamaño de un átomo) y reconstruir, átomo por átomo, cómo el calor provoca que estos vibran en un material cuántico bidimensional.
El experimento: superposición de láminas
Los materiales clave en esta investigación son láminas bidimensionales como el diseleniuro de tungsteno (WSe₂), que tienen un grosor atómico y pueden apilarse como hojas de papel. Los científicos apilaron dos de estas láminas y las giraron ligeramente, creando una «superred de moiré», un patrón geométrico que modifica radicalmente las propiedades electrónicas y térmicas del sistema.
Para examinar lo que estaba sucediendo a nivel atómico, utilizaron la técnica de microscopía conocida como electron ptychography. Esta técnica combina un haz de electrones muy fino con algoritmos avanzados de reconstrucción numérica. Con esta «cámara cuántica», pudieron medir la forma y el tamaño del difuminado de cada átomo, lo que les permitió deducir la amplitud promedio de sus vibraciones y cómo varían dentro del patrón de moiré.
Fonones, fasones y vibraciones ocultas
En la física del estado sólido, el calor se describe como vibraciones colectivas de la red cristalina, conocidas como fonones, que son los paquetes de vibración análogos a los fotones de la luz. Al crear una superred de moiré, emergen nuevos modos vibracionales: los fonones de moiré, que reflejan el movimiento de la estructura ampliada que surge de la superposición de las capas.
Un hallazgo crucial del estudio fue la observación directa de una categoría suave y de baja energía de estos fonones, conocidos como «fasones». Hasta ahora, solo existían en términos teóricos. Mediante la correlación entre imágenes atómicas y simulaciones de dinámica molecular, el equipo demostró que estos fasones dominan las vibraciones térmicas en biláminas torcidas con pequeños ángulos, especialmente en las áreas donde cambia la alineación entre las capas, llamadas solitones.
Visualizando el fenómeno
Imaginemos dos telas transparentes con patrones de cuadros, una encima de la otra y ligeramente giradas; se genera un nuevo diseño de círculos y bandas que no existe en ninguna de las telas por sí solas: eso es el patrón de moiré. Ahora pensemos que cada cuadro representa un átomo y que el calor es la medida de cuánto vibra ese cuadro; en ciertas áreas del patrón, los cuadros vibran intensamente, mientras que en otras lo hacen menos, y su distribución no es uniforme.
La investigación realizada equivale a disponer de una cámara tan precisa que no solo distingue cada cuadro, sino también cuánto se difumina su contorno debido a esa vibración. Al analizar millones de esos «difuminados», descubrieron un nuevo tipo de movimiento colectivo: los fasones, donde la estructura grande del moiré se desliza en su totalidad, sin que cada cuadro cambie su posición local.
Dónde encontrar más información
Para quienes deseen explorar los detalles técnicos, el artículo titulado “Atom-by-atom imaging of moiré phasons with electron ptychography” está disponible en arXiv y en revistas especializadas. Si prefieres una mirada más accesible, portales como Physics World, ScienceDaily y Muy Interesante han publicado artículos con gráficos y explicaciones que abordan las «imágenes más nítidas jamás obtenidas de un átomo» y las vibraciones térmicas ocultas.
Importancia futura
Observar directamente cómo vibra la materia a escala atómica no es solo un logro técnico; representa una puerta abierta para diseñar materiales 2D en los que el flujo de calor y la respuesta electrónica puedan ser ajustados casi a voluntad. Controlar los modos vibracionales, como los fasones, podría dar lugar a chips más eficientes, dispositivos cuánticos más estables, mejores materiales superconductores y componentes ultrafinos capaces de gestionar el calor de manera inteligente.
Este avance refleja un momento histórico en la ciencia: la convergencia entre microscopios que pueden ver más allá de los límites clásicos, potentes algoritmos de reconstrucción y simulaciones numéricas que permiten interpretar los datos observados. La combinación de estas tecnologías multiplica la cantidad de información y acelera el ritmo de descubrimientos, llevándonos hacia una expansión científica donde fenómenos antes teóricos, como los fasones, se convierten en objetos de observación directa y potencialmente en herramientas para rediseñar la materia desde su raíz.
Con información de https://www.pressenza.com/es/2025/12/ver-el-calor-como-logramos-fotografiar-las-vibraciones-ocultas-de-los-atomos-en-materiales-2d/
