Seis iones de bario se alinean formando un hexágono plano dentro de una trampa de Paul, un dispositivo que retiene partículas cargadas mediante campos eléctricos alternos. Pero basta con modificar ligeramente la forma del potencial de confinamiento para que el cristal se reorganice: un ion se desplaza al centro y los otros cinco forman un anillo a su alrededor. Así se ve la isomerización, la reorganización de una molécula entre distintas formas espaciales, solo que en lugar de una molécula diminuta tenemos un cristal de unos diez micrómetros, cien mil veces más grande que un anillo de benceno.

Los físicos de Florencia y Turín han utilizado este cristal camaleónico como modelo de mesa de las transformaciones moleculares. Variando la relación entre las frecuencias de oscilación de la trampa a lo largo de dos ejes, llevaron suavemente el sistema de una forma estable a la otra. Con ciertos parámetros aparecía una región de biestabilidad, es decir, la coexistencia de dos estados estables, en la que el cristal podía estar como hexágono o como pentágono con un ion en el centro. La barrera de energía entre estas formas era de decenas de milikelvin, y el tiempo de transición, de 0,2 a 1,4 milisegundos.

Para observar estas transiciones, los científicos recurrieron a la microscopía de fluorescencia: el ion en el centro de la trampa contribuía notablemente a la señal, de modo que la tasa de conteo de fotones permitía distinguir una configuración de la otra. Luego construyeron la superficie de energía potencial, un mapa de la energía del sistema en función de las coordenadas, mediante el método de Monte Carlo: desplazando los iones al azar y conservando las configuraciones de mínima energía, obtuvieron el perfil energético a lo largo de la coordenada de reacción. Comparando las poblaciones experimentales de los estados con el cálculo, extrajeron la temperatura del cristal: 8,8 milikelvin con una incertidumbre de +3,5/−2,6 mK. Esta es la primera vez que se mide la temperatura de un cristal iónico a partir de las poblaciones de estados isoméricos.

El trabajo demuestra que un cristal iónico puede servir como modelo preciso de la isomerización molecular. A diferencia de las moléculas reales, donde las transiciones duran femtosegundos y es casi imposible observarlas en tiempo real, aquí la dinámica se extiende hasta milisegundos y las dimensiones hasta micrómetros. Esto permite aislar la contribución de las fluctuaciones térmicas y del efecto túnel cuántico. El siguiente paso podría ser enfriar el cristal hasta el estado vibracional fundamental y observar el efecto túnel cuántico entre isómeros. Estos sistemas podrían ser útiles para calibrar la temperatura en trampas de iones y para preparar estados iniciales en simuladores cuánticos.