Por Alejandro Zamponi | Fotos: Pablo Carrera Oser

“Es fundamental aprovechar el tiempo que tenemos y para eso es fundamental construir un ambiente estimulante”, aseguró el rector Carlos Ruta durante la entrega del título de doctor Honoris Causa de la UNSAM a Klaus von Klitzing, premio Nobel en Física. Luego agradeció al decano de la Escuela de Ciencia y Tecnología, Francisco Parisi, y a los directores del ICAS, Daniel de Florian y Liliana Arrachea, por la organización junto con la Sociedad Max Planck del simposio internacional Frontiers in Physical Sciences, en cuyo marco se entregó la distinción.

Sobre el simposio, De Florian expresó: “Fue un éxito en todo sentido. Superamos las expectativas. Académicamente, las charlas tuvieron una calidad muy elevada y dieron un panorama del estado de las ciencias físicas en diversas áreas. En cuanto a la cooperación internacional, tuvimos la oportunidad de conversar con 17 directores Max Planck de física, química y tecnología. Estos vínculos son muy valiosos para futuras iniciativas de colaboración científica de la UNSAM”.

Ante decenas de investigadores y becarios extranjeros, así como autoridades y miembros de la Comunidad UNSAM reunidos en el Auditorio Carpa, Ruta sostuvo: “Necesitamos de talentos, del testimonio de personas como Klaus, para construir un ambiente que acoja al talento. Reconocer a un investigador es señalarles un horizonte a nuestros jóvenes”.

El profesor alemán recibió el premio Nobel por el descubrimiento del efecto Hall cuántico (QHE), que abrió un nuevo campo de investigación y permitió el surgimiento de nuevas teorías, tecnologías y técnicas de medición. Los detalles técnicos de sus méritos fueron presentados por la doctora Alejandra Tonina, investigadora del INTI, investigadora asociada del ICAS y secretaria de investigación del INCALIN (INTI/UNSAM), quien ofreció la tradicional laudatio. Tonina destacó que von Klitzing aportó una forma universal y precisa de medición de la resistencia eléctrica: determinó el ohm en términos de la constante h de Planck y la carga del electrón e, en la forma h/e2, siendo ambas constantes fundamentales. “En metrología, el efecto Hall cuántico está asociado con la libertad e independencia: dio a cada país del mundo la posibilidad de tener su propia unidad de resistencia sin depender de otros institutos de medición, excepto para las comparaciones internacionales”, explicó.

Tonina también señaló que, después del descubrimiento del QHE, se publicaron un promedio de 2000 artículos por año: “En particular, fue una fuente de inspiración fundamental para el trabajo de los premios Nobel de ese año, Thouless, Haldane y Kosterlitz. Además, disparó el descubrimiento de los materiales topológicos. El QHE es también la propiedad más importante de nuevos materiales como el grafeno y los óxidos semiconductores”.

Tras recibir el título de manos de Ruta, el científico alemán rememoró cuando, en ocasión de recibir otro título honorífico, le obsequiaron una torta con el mapa del mundo y las marcas de los sitios en donde había recibido títulos similares. “Este doctorado es un honor. Se trata de mi primer título honorífico en el hemisferio sur, lo cual significa mucho para mí”, aseguró.

Luego de los agradecimientos, von Klitzing planteó que dedicaría su charla a Max Planck y su constante h por varias razones: porque él, von Klitzing, dirige uno de los institutos que llevan el nombre del premio Nobel de Física (1918); porque 18 premios Nobel son o fueron investigadores de institutos Max Planck; y porque Max Planck es uno de sus tantos “padres”: “Una vez reconstruí el árbol genealógico de mis padres científicos empezando por mi director de tesis. Así fui de director en director hasta que llegué al nombre de Max Planck: soy una nueva generación de científicos discípulos de él”, se enorgulleció.

Von Klitzing explicó, además, que la constante de Planck es una de las pocas encontradas en la naturaleza y que fue la que dio origen a la mecánica cuántica. “Es una constante fundamental que no tuvo aplicaciones prácticas. Pero, más de un siglo después, esto ha cambiado”, dijo con un poco de suspenso.

La revolución en metrología tiene fecha y nombre

Von Klitzing anticipó que en 2018 se concretará “la mayor revolución en metrología desde la revolución francesa” como una consecuencia de su teorización del efecto Hall, que permite calcular unidades como el kilogramo de manera más universal y estable que los patrones utilizados en la actualidad —decenas de piezas distribuidas por el mundo que definen de manera exacta el valor de un kilogramo—. “En 2018 tendremos un kilogramo electrónico, un nuevo patrón de medida que no será perceptible en nuestra vida cotidiana, pero que será más estable y universal. Este desarrollo se inició con mi descubrimiento”, afirmó.

En su laudatio, Tonina señaló que von Klitzing había percibido que el nuevo efecto podría usarse en metrología. El encargado de llevar adelante el nuevo patrón es el Comité Internacional de Pesos y Medidas (CIPM), fundado en París en 1875 con el objetivo de supervisar y armonizar en todo el mundo las unidades y métodos de medición para la industria, la ciencia, la sociedad y el comercio internacional.

Joaquín Valdés, decano del INCALIN y miembro del CIPM durante 16 años, es uno de los expertos que gestaron la transición en las unidades de medida. Valdés estuvo presente durante la ceremonia. Consultado al respecto, respaldó la afirmación de Klitzing “Se viene una revolución en metrología” (ver nota relacionada).

De izq. a der.: Daniel de Florian, Klaus von Klitzing y Carlos Ruta

Sobre el efecto Hall (pasajes destacados de la laudatio)

Para explicar el efecto Hall cuántico con pocas palabras y simples, podemos comenzar con el efecto Hall clásico.

Cuando una corriente eléctrica pasa a través de un metal, normalmente no se establece una diferencia de potencial a través de él si la medimos en sentido perpendicular al que fluye la corriente.

Sin embargo, si aplicamos un campo magnético perpendicular al plano del metal, los electrones son desviados hacia uno de los bordes y crean así una diferencia de potencial a través del metal. Este fenómeno, llamado efecto Hall, fue descubierto por Edwin Hall en 1879, hace más de cien años.

En los metales comunes y en los semiconductores, el efecto ha sido ampliamente estudiado y está bien entendido. Pero aparecen fenómenos completamente nuevos cuando el efecto Hall es estudiado en sistemas bidimensionales, en los cuales los electrones son forzados a moverse en una capa superficial extremadamente delgada, como se puede formar entre un metal y un semiconductor, por ejemplo. No es fácil conseguir sistemas bidimensionales porque no aparecen en forma natural. Pero, usando tecnología avanzada y técnicas de producción desarrolladas para la industria de los semiconductores, ha sido posible desarrollarlas.

Ya algunos años antes del descubrimiento de von Klitzing había razones para sospechar que, en sistemas bidimensionales, lo que se llama conductividad Hall no habría de variar con continuidad, sino en forma escalonada al ir variando el campo magnético aplicado. Los escalones habrían de aparecer en valores de conductividad representados por un número entero multiplicado por una constante natural de importancia física fundamental. En esa situación se dice que la conductividad eléctrica está cuantizada.

Sin embargo, no era de esperar que esa regla de cuantización se manifestara con gran exactitud. Por ello, resultó ser una gran sorpresa cuando en 1980 von Klitzing mostró experimentalmente que la conductividad Hall exhibía mesetas de forma escalonada que seguían esa regla con una excepcional precisión, apartándose de un número entero en menos de 0,0000001.

A causa de esta exactitud extremadamente alta, el efecto Hall es utilizado como patrón de resistencia eléctrica. También ofrecía la posibilidad de medir la constante física mencionada, la cual es de gran importancia, por ejemplo, en ámbitos de la física atómica y de partículas. Estas dos posibilidades son de gran significación para la ciencia y técnica de las mediciones y han sido estudiadas en muchos laboratorios en todo el mundo. También resulta de enorme interés que se trate de un nuevo fenómeno en física cuántica.