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Moroni Santiago García, estudiante del doctorado en Óptica del Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE), es coautor de la primera observación experimental en México de un condensado polaritónico de Bose-Einstein a temperatura ambiente, un logro publicado en la revista ACS Photonics.
El trabajo es fruto de una colaboración con el Instituto de Física de la Universidad Nacional Autónoma de México (IF-UNAM). El proyecto fue liderado por los investigadores César Ordoñez, Hugo A. Lara-García, Arturo Camacho-Guardian y Giuseppe Pirruccio, y contó con la participación de un equipo de estudiantes e investigadores postdoctorales de ambas instituciones. Moroni aportó el análisis teórico del fenómeno, desarrollando junto con Pirruccio y Camacho-Guardian el marco que permite entender cómo la interacción entre confinamiento óptico, desorden estructural y dinámica no lineal da lugar a un fluido cuántico de luz estable a 25 °C.
¿Qué es un condensado polaritónico?
En condiciones muy especiales, la luz y la materia pueden fusionarse en una entidad completamente nueva: el polaritón, una partícula híbrida mitad fotón, mitad excitación del material. Cuando millones de polaritones ocupan un mismo estado cuántico, se comportan como un solo fluido coherente y sincronizado, con propiedades sin paralelo en el mundo clásico. A este fenómeno se le llama condensado de Bose-Einstein y hasta ahora en México solo se había conseguido en gases atómicos a temperaturas cercanas al cero absoluto (−273 °C). El grupo logró observarlo a temperatura de habitación.
El material protagonista es el CsPbBr₃, una perovskita de haluro metálico sintetizada como microcristales cuadrados mediante deposición química en fase vapor. Estos cristales, de apenas 2 a 4 micrómetros de lado , menos que el diámetro de una bacteria, actúan como microcavidades ópticas de tipo whispering-gallery: la luz circula por reflexión interna a lo largo de los bordes del cristal, quedando atrapada el tiempo suficiente para fusionarse con las excitaciones del material y formar polaritones.
Al aumentar la potencia del láser de excitación, el sistema cruza un umbral crítico: la emisión se dispara de forma no lineal, se estrecha espectralmente y aparece coherencia macroscópica, las firmas clásicas de la condensación polaritónica. Pero el equipo fue más allá de estas señales convencionales.
Huracanes de luz: vórtices cuánticos en el condensado
Usando un interferómetro de Michelson modificado, el equipo superpuso la imagen del condensado con su copia centrosimétricamente reflejada, obteniendo franjas de interferencia de alto contraste que se extienden por todo el cristal. Esto confirmó que el condensado mantiene una fase cuántica coherente a través de varios micrómetros. En esas franjas aparecieron dislocaciones en horquilla, la firma de vórtices cuánticos: singularidades de fase donde el fluido polaritónico gira en remolinos con carga topológica exactamente cuantizada de ±2π.
La contribución teórica de Moroni fue clave para interpretar estas estructuras. Su trabajo permitió entender cómo el desorden estructural del cristal, lejos de ser un defecto, juega un papel activo: fragmenta el paisaje energético del condensado, estabiliza los vórtices y, al mismo tiempo, dispersa la luz confinada hacia el exterior, permitiendo fotografiar el interior del condensado sin destruirlo.
Una plataforma accesible para la física cuántica de frontera
Uno de los aspectos más destacados del resultado es que fue obtenido sin litografía ni infraestructura de cuarto limpio. A diferencia de otros sistemas que requieren nanofabricación costosa, los microcristales de perovskita se ensamblan solos durante el proceso de crecimiento, lo que abre una ruta experimental accesible para grupos de investigación en México y América Latina que deseen explorar física cuántica de frontera.
A largo plazo, los condensados polaritónicos a temperatura ambiente son candidatos para dispositivos fotónicos ultra-eficientes, simuladores cuánticos analógicos y fuentes de luz con coherencia cuántica. Este trabajo establece una base experimental sólida para esa dirección.
La participación de Moroni Santiago García representa un ejemplo concreto de la proyección internacional de estudiantes de posgrado del INAOE y del papel central que la institución juega en el desarrollo de la óptica cuántica y la fotónica avanzada en México.
