El trabajo está en un terreno aparte: en el archivo vecino hay estudios sobre ondas magnéticas, redes sintéticas para fotones y detectores tipo balancín, pero ninguno de los vecinos llevó un micromagneto levitante hasta el régimen de generación multifrecuencia. La levitación sobre un superconductor ya había dado factores de calidad récord y controlabilidad magnética, pero la dinámica no lineal de modos acoplados seguía sin explorarse. Es justamente la que se necesita para convertir un oscilador solitario en una fuente de espectro con coherencia de fase.
Un micromagneto esférico de neodimio de 1,8 µm de radio está suspendido a 4,4 µm sobre una película de YBCO a 6 K y a una presión inferior a 10⁻⁶ mbar. El movimiento se lee por la reflexión de un láser de 637 nm mediante un diodo de avalancha de un solo fotón. Una bobina integrada genera un campo magnético alterno que a la vez modula paramétricamente la rigidez de la trampa y excita aditivamente el modo. La frecuencia de bombeo se baja lentamente, registrando espectros de conteo de fotones en cada paso.
Cuando la frecuencia de bombeo se acerca a la suma de las frecuencias propias de dos modos traslacionales hibridados (unos 30,1 kHz) aparece un peine primario de paso sintonizable. Después, cuando el quinto armónico del peine entra en resonancia con el doble de la frecuencia del modo de libración (5,16 kHz), este se excita paramétricamente y se bloquea en fase, generando una estructura fina y densa. El espectro final contiene más de 60 dientes resueltos y equiespaciados con un paso mínimo de unos 0,5 kHz. Los factores de calidad de los modos alcanzan 2,95×10⁵ y 2,0×10⁵, y los coeficientes de Duffing son negativos y valen −1,5(3)×10²² Hz²/m² y −0,5(1)×10²² Hz²/m².
A diferencia de los trabajos cercanos, donde la no linealidad solo estorbaba o servía para una amplificación puntual, aquí está organizada en cascada: dos modos engendran un peine primario y un tercero añade estructura subarmónica. Es la primera demostración experimental de un peine mecánico completo sobre un imán levitante con paso controlable y coherencia de fase confirmada mediante la función de correlación de segundo orden.
Enfriar hasta el estado cuántico fundamental del movimiento permitirá estudiar fenómenos cuánticos macroscópicos en un régimen multifrecuencia fuertemente no lineal. Los conjuntos de imanes levitantes acoplados podrían dar estados no lineales colectivos, incluidos cristales temporales discretos. El peine sintonizable puede convertirse en la base de una conversión cuántica de frecuencia multicanal.
La magnetometría de precisión y la detección de fuerzas dispondrán de una nueva herramienta: un conjunto denso de líneas espectrales correlacionadas permite seguir los desplazamientos de frecuencia más pequeños causados por campos externos o defectos de la trampa.
Conviene medir cuantitativamente el ruido de fase del peine y compararlo con el límite fundamental, así como intentar enfriar el modo de libración hasta el régimen cuántico para comprobar la coherencia cuántica del estado multifrecuencia.
Para la mecánica de partículas levitantes sigue abierta la cuestión de la coherencia límite de los estados multifrecuencia no lineales al acercarse al límite cuántico estándar. El trabajo muestra que la mezcla en cascada puede estabilizar el espectro, pero no resuelve el problema de la decoherencia por ruido térmico y acoplamiento con el entorno.
El micromagneto flota sobre el superconductor sin ningún soporte, y sus oscilaciones se pueden sintonizar con solo mover un imán permanente. Además, el factor de calidad es tan alto que, tras apagar el bombeo, la amplitud decae a 1/e en casi tres segundos.
En la novela de Arthur Clarke «Las fuentes del paraíso» se describe un ascensor espacial sostenido por levitación magnética; aquí, en cambio, la levitación no sirve para transportar, sino para crear un oscilador no lineal perfectamente aislado que genera un peine de frecuencias.