La Fundación Gordon y Betty Moore financia la investigación de frontera del ICFO sobre estados híbridos de la materia

Gordon Moore, Cofundador del Corporación Intel en la década de 1960,  trató de ir más allá de los límites de la ciencia para lograr lo inalcanzable. La ley de Moore, que predijo la miniaturización exponencial del tamaño de los transistores, lo colocó en un lugar destacado como figura inspiradora en la historia de los semiconductores y en  la revolución digital actual.

En su constante búsqueda de ideas pioneras, Gordon y Betty Moore constituyeron una fundación con un programa científico que pretende hacer avanzar la ciencia básica financiando investigaciones en campos emergentes y de alto riesgo, para desarrollar nuevas tecnologías disruptivas e imaginativas, apoyar a científicos con una  visión fuera de lo común y fomentar así nuevas colaboraciones y sinergias para ir más allá de las fronteras de las disciplinas científicas tradicionales. Con este principio como base, la Fundación Gordon y Betty Moore ofrece a los científicos una libertad muy apreciada para explorar y promover conceptos novedosos.

Frank Koppens, profesor ICREA en el ICFO, ha recibido una beca de 1,4 millones de dólares para ampliar su investigación sobre el confinamiento de la luz en nanocavidades y su uso para manipular los materiales con luz. Esta beca permitirá al equipo de Koppens explorar nuevos estados híbridos de luz y materia aún inexplorados. Estos estados exóticos pueden facilitar la ingeniería y la manipulación de propiedades de materiales completamente nuevas. Si bien se sabe mucho sobre los estados tradicionales de la materia, como las fases líquida y sólida, existen variaciones más exóticas en las que la luz y la materia interactúan tan intensamente que se fusionan para formar un nuevo estado híbrido. Existe un creciente optimismo en este campo de investigación ya que la comprensión de  estos estados híbridos podría conducir a descubrimientos innovadores con un impacto profundo  en una amplia gama de tecnologías, incluidos los sensores cuánticos, los circuitos fotónicos integrados de baja potencia y los dispositivos para hacer avanzar los sistemas de inteligencia artificial. Además, podrían allanar el camino para las tecnologías desarrolladas en el campo de las comunicaciones cuánticas, las memorias cuánticas, las simulaciones cuánticas y la computación cuántica.

El Prof. Koppens es un investigador internacionalmente reconocido en su campo. Desde su llegada al ICFO procedente de la Universidad de Harvard, ha obtenido una ERC Starting Grant (2012), una beca Consolidator del ERC (2017), seis becas de prueba de concepto (PoC) del ERC y ha desempeñado un papel de liderazgo clave en la iniciativa Europea del Graphene Flagship, de la cual es vicepresidente de sus juntas ejecutivas y dirige las actividades optoelectrónicas de esta iniciativa europea. Ha logrado resultados de alto impacto y publica en las principales revistas de su campo, como Nature, Science, Nature Physics y Nature Materials, lo que le ha permitido figurar en la lista de científicos muy citados de Clarivate. En 2015, Koppens recibió el Premi Nacional de Recerca de Catalunya por los avances conseguidos en el área de la optoelectrónica con materiales basados en grafeno. En todos estos proyectos y logros ha sido decisivo el apoyo de las Fundaciones Cellex y Mir-Puig.

Actualmente, Koopens coordina  desde el ICFO el nuevo programa de investigación QTwist, en estrecha colaboración con el Massachusetts Institute of Technology (EEUU) y el Max Planck Society (Alemania), para descubrir las propiedades fundamentales de los materiales sintéticos emergentes, incluida una amplia gama de materiales bidimensionales y sus posibles aplicaciones futuras en nanooptoelectrónica cuántica.

El nuevo proyecto, financiado por la Fundación Gordon y Betty Moore, será un actor importante junto con el programa QTwist y ayudará a realizar descubrimientos innovadores en este campo.

"Ya estamos inmersos en la segunda revolución cuántica, pero se necesitan nuevos estados híbridos de luz y materia para impulsar su progreso", comenta el profesor Koppens. “Este tipo de ayudas que apoyan proyectos atrevidos de ciencia básica, motivados por la curiosidad nos permite explorar cuestiones que hasta ahora solo se exploraban desde el ámbito teórico. Al llevar a cabo nuestras ideas en el laboratorio, esperamos descubrir nuevas propiedades de los materiales o, potencialmente, incluso nuevas clases de materiales que puedan conducir a tecnologías cuánticas relevantes para una amplia gama de aplicaciones, como nuevos esquemas informáticos, inteligencia artificial de bajo consumo de energía, computación óptica, y sensores”.

¿Qué son los estados híbridos de luz-materia?

Las interacciones luz-materia se refieren a cómo las ondas electromagnéticas (como la luz) influyen y son influenciadas por partículas con carga, generalmente electrones en átomos o moléculas. Cuando esta interacción es "fuerte", el sistema no puede describirse sólo como una mera suma de sus componentes de luz y materia. En cambio, la luz y la materia se correlacionan intrincadamente, dando lugar a nuevos estados híbridos de luz y materia. Estos estados pueden estar dominados por efectos cuánticos que a su vez dictan el comportamiento de los materiales. A través de este nuevo proyecto, Koppens pretende manipular los materiales de una manera completamente diferente, haciéndolos interactuar con la luz a la escala nanométrica, confinándolos dentro de nanocavidades ópticas. Su objetivo es miniaturizar el tamaño de estas cavidades, empleándolas por primera vez para alterar las propiedades de dichos materiales híbridos.

Los programas de financiación de la Fundación Gordon Moore

La Fundación Moore ha otorgado muchas becas de investigación a lo largo de su historia con el fin de fomentar el descubrimiento científico, la conservación del medio ambiente, las mejoras en la atención al paciente y la preservación de la zona de la Bahía de San Francisco. La mayoría de estas ayudas han sido otorgadas a instituciones con sede en EE. UU. e incluyen una gran inversión para Caltech, el “alma mater” de Gordon Moore, para dar apoyo a la investigación básica y a nuevos descubrimientos  en el ámbito de las ciencias humanas y físicas. La misión de la fundación  de "fomentar descubrimientos científicos innovadores" se extiende más allá de las fronteras de los EE. UU. y fomenta la colaboración internacional que conduzca a avances importantes. Asimismo, es un tipo de financiación altamente flexible  que se puede complementar con cualquier otro financiamiento nacional o internacional que el científico pueda recibir. El profesor ICREA del  ICFO Hugues de Riedmatten fue el primer ICFOniano en recibir dicha financiación en el año 2019 para impulsar la investigación en la vinculación de nodos cuánticos para la futura Internet cuántica.

El director del ICFO, Lluis Torner, remarcó: “Estamos muy orgullosos de recibir esta subvención de la Fundación Gordon y Betty Moore para avanzar en el campo de los estados híbridos de materia- luz, que son de suma importancia en todo el mundo debido a su potencial para descubrimientos científicos fundamentales y avances tecnológicos.”

El Dr. Dusan Pejakovic, director del Programa de Ciencias de la Fundación Moore, indicó: “El ICFO es un líder mundial en la investigación sobre las interacciones de la luz con la materia. Como tal, es un lugar perfecto para lanzar este nuevo proyecto que explora conceptos novedosos de los híbridos sólido-luz. Teniendo en cuenta  el historial del profesor Koppens en la realización de investigaciones innovadoras, espero unos resultados interesantes de esta beca.”