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Física Sorprendente

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El efecto túnel y sus aplicaciones

Contenido

Microscopio de efecto túnel

Fue inventado por Binning y Rohrer en 1981, quienes fueron galardonados con el Premio Nóbel en 1986.

Arriba: Punta del microscopio. Abajo: dos imágenes de una muestra de Silicio
Este microscopio (imagen superior) es capaz de revelar la estructura atómica de las partículas con un detalle sin precedentes. Vemos en el panel de abajo dos imágenes: a la izquierda imágenes de átomos de silicio y a la derecha imagen de un arreglo de átomos de carbono.
Atomos de Carbono

¿En qué se basa?

Emplea una técnica conocida como barrido túnel que se basa en un fenómeno de orígen puramente cuántico: el efecto túnel. El microscopio posee una punta que se acerca a la superficie realizando un barrido durante el cual captura los electrones que escapan del material analizado por efecto túnel. La corriente de electrones generada permite reconstruir una imagen en tres dimensiones de la estructura atómica de la materia, con una resolución tal que cada átomo se puede distinguir de otro, e incluso se pueden obtener una imagen de átomos y moléculas en movimiento. Estos microscopios también han sido utilizados para modificar la composición molecular de las sustancias. Constituyen actualmente un instrumento fundamental en el área de la nanotecnología

Aplicaciones a la nanotecnología

Atomos de Germanio
Mirando como se mueven los átomos

En cada uno de los paneles de la figura de la izquierda, obtenida por medio de un microscopio de efecto túnel, se pueden ver los cambios que ocurren en una superficie de Germanio de la cual se ha removido un único átomo. En la primera fila, en el panel correspondiente al instante inicial (t=0 seg.) se ha iniciado el proceso removiendo un átomo y dejando un lugar vacante. En la figura siguiente correspondiente al tiempo t=46 seg. se ve como esta vacante ha sido ocupada por un átomo adyacente, que deja a su vez una vacante, la cual es sucesivamente ocupada por otro átomo vecino, el cual deja a su vez otra vacante... según se aprecia en la secuencia completa de figuras para los instantes de tiempo indicados en las imágenes. Cada rectángulo mide 5,5nm x7nm. (Artículo científico publicado por P. Molinàs-Mata, A. J. Mayne, and G. Dujardin, en Phys. Rev. Lett. 80 3101 (1998))


Las propiedades ondulatorias de la materia en acción:

Según postuló Luis de Broglie en su trabajo de tésis presentado en el año 1924, la materia posee propiedades ondulatorias, [1] que se ponen de manifiesto a muy pequeña escala.

El Microscopio electrónico

El primer microscopio electrónico fue diseñado por Ernst Ruska y Max Knoll entre 1925 y 1930. Hay dos tipos: de transmisión y de barrido.

microscopio electrónico

¿En qué se basa?

Las propiedades ondulatorias de la materia son la base del funcionamiento del microscopio electrónico, el cual emplea la naturaleza ondulatoria de los electrones para obtener imágenes de objetos microscópicos. Los electrones son acelerados por medio de un voltaje elevado y luego estas "ondas electrónicas" son " enfocadas ", y dirigidas, no mediante lentes convencionales, sino empleando lentes magnéticas (electroimanes), ya que son partículas cargadas.

¿Qué objetos nos permite ver?

Este microscopio consigue aumentos 500 veces mayores que los mejores microscopios ópticos. Estos aumentos se obtienen debido a que la longitud de onda de los electrones es del orden de 0,004 nm (mil millonésima parte del metro) por lo tanto mucho menor que la de los fotones (400-800 nm) esto permite ¨enfocar¨ objetos muy pequeños.


¿Cómo se obtiene la imágen?

El cañón donde pasa el haz de electrones debe hallarse al vacío para evitar los choques de estos con las moléculas de aire, los que podrían perjudicar el enfoque. En el microscopio de transmisión el haz choca contra la muestra y en parte la atraviesa. La imagen se forma mediante lentes magnéticas que dirigen o enfocan el haz sobre el objetivo. La imagen es amplificada luego por medio de lentes de proyección que la dirigen sobre una pantalla de fósforo.

Imagen de un clip
superficie de una semilla
fibras de un vegetal

En el microscopio de barrido el objeto a aumentar es cubierto de una fina película metálica, se hace conductor, un haz de electrones barre el mismo y se reconstruye una imagen tridimensional sobre una pantalla.

La imagen original es en blanco y negro debido que no se está empleando luz visible, sino "ondas electrónicas" para " ver " las muestras.


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