Aplicaciones del efecto túnel.1
UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MEXICOUNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MEXICO
Introducción a la Física Cuántica.Introducción a la Física Cuántica.Ramírez Guerra Catalina.Ramírez Guerra Catalina.
Sevilla Olguín Diana.Sevilla Olguín Diana.Aplicaciones del efecto túnel; Microscopio de Aplicaciones del efecto túnel; Microscopio de
tunelaje por barridotunelaje por barrido
Aplicaciones del efecto túnel.2
Efecto túnel.Efecto túnel.
Una partícula tiene la propiedad de Una partícula tiene la propiedad de atravesar una barrera de potencial sin tener atravesar una barrera de potencial sin tener la energía suficiente (clásicamente), ya que la energía suficiente (clásicamente), ya que la probabilidad de que la partícula este del la probabilidad de que la partícula este del
otro lado es no nula.otro lado es no nula.
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Algunas aplicaciones del efecto túnel son:Algunas aplicaciones del efecto túnel son:
Emisión de campo:Emisión de campo:
Microscopio de tunelaje por barrido.Microscopio de tunelaje por barrido. Emisión de partículas Emisión de partículas en el decaimiento de en el decaimiento de
núcleos radioactivos.núcleos radioactivos. Inversión de la molécula de amonio.Inversión de la molécula de amonio. Diodo túnel.Diodo túnel.
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Emisión de campo.Emisión de campo.
Los eLos e-- son arrancados de los metales por son arrancados de los metales por sometimiento a campos eléctricos intensos.sometimiento a campos eléctricos intensos.
Entonces estos se pueden adaptar como Entonces estos se pueden adaptar como “fuentes de e“fuentes de e--””
El STM utiliza los eEl STM utiliza los e-- que escapan para que escapan para formar una imagen estructuralmente formar una imagen estructuralmente detallada de la superficie emisora.detallada de la superficie emisora.
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Microscopios electrónicos
El Microscopio Electrónico de Transmisión, MET (Transmission Electron Microscope).
Utiliza un haz fijo de electrones, solo es posible obtener imágenes de muestras lo suficientemente delgadas como para transmitir entre el 50% y 90% de los electrones que inciden el ella, de aproximadamente 0.1µm de espesor.
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Microscopio Electrónico de Barrido, MEB (Scanning Electron Microscope).
Crea una imagen ampliada de la superficie de un objeto, utilizando un haz móvil de electrones que recorre la muestra en áreas seleccionadas. No es necesario cortar el objeto en capas para observarlo, sino que puede colocarse en el microscopio con muy pocos preparativos.
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Se han desarrollado otros tipos de microscopios electrónicos. Un microscopio electrónico de barrido y transmisión combina los elementos de un MET y un MEB, ya que utiliza un haz de electrones móvil para recorrer una muestra delgada, para luego captar los electrones primarios transmitidos.
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Emisión de partículas Emisión de partículas en el decaimiento de en el decaimiento de núcleos radioactivos.núcleos radioactivos.
Paradoja clásica, de las energías.Paradoja clásica, de las energías.
Se sabía que la ESe sabía que la ECC de las partículas de las partículas
emitidas por el decaimiento del nucleo Uemitidas por el decaimiento del nucleo U238238 era de 4.2 MeV (Eera de 4.2 MeV (ETT =E =ECC) a distancias ) a distancias
grandes a partir del centro donde V(r)= 0.grandes a partir del centro donde V(r)= 0.
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Comportamiento cualitativo de la energía de las Comportamiento cualitativo de la energía de las partículas partículas en función de la distancia. en función de la distancia.
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Si la partícula esta inicialmente en una Si la partícula esta inicialmente en una región con r < r’, esta separada del resto región con r < r’, esta separada del resto del espacio por una barrera de potencial del espacio por una barrera de potencial
con al menos dos veces Econ al menos dos veces ETT de altura. de altura.
Se observó que la partícula Se observó que la partícula penetraba, penetraba, ocasionalmente la barrera de potencial y ocasionalmente la barrera de potencial y
se movia a valores grandes de r.se movia a valores grandes de r.
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Inversión de la molécula de amonio NHInversión de la molécula de amonio NH33..
Estructura molecular.Estructura molecular.
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Energía potencial del átomo de N en función Energía potencial del átomo de N en función de la distancia al plano, con dos mínimos que de la distancia al plano, con dos mínimos que son los estados de equilibrio simétricamente son los estados de equilibrio simétricamente
alrededor de un máximo (x = 0).alrededor de un máximo (x = 0).Este es una barrera de potencial para el N Este es una barrera de potencial para el N
dado por la fuerzas de Coulomb repulsivas.dado por la fuerzas de Coulomb repulsivas.Para los estados de baja energía, se encuentra Para los estados de baja energía, se encuentra
con una barrera alta clásicamente con una barrera alta clásicamente impenetrable.impenetrable.
Frecuencia de oscilación: 2.3786 E Frecuencia de oscilación: 2.3786 E 1010 Hz, en Hz, en el estado base.el estado base.
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Energía potencial del átomo de N de acuerdo a la Energía potencial del átomo de N de acuerdo a la posición desde el plano, estado base.posición desde el plano, estado base.
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Diodo túnel.Diodo túnel.
Es un dispositivo utilizado en los circuitos Es un dispositivo utilizado en los circuitos rápidos porque su respuesta a la alta rápidos porque su respuesta a la alta frecuencia es mucho mejor que la de frecuencia es mucho mejor que la de
cualquier transistor.cualquier transistor.El efecto túnel es controlable para El efecto túnel es controlable para
interrumpir corrientes tan rápidamente que interrumpir corrientes tan rápidamente que se puede construir un oscilador capaz de se puede construir un oscilador capaz de trabajar a frecuencias superiores que 10trabajar a frecuencias superiores que 101111
HzHz
Historia
1930 Instituto técnico de Berlín: Ruska, Knoll, Von Borries
1932 Knoll y Ruska 1938 Von Borries y Ruska 1937 James Hillier 1981 Gerd Benning y Heinrich
Rohrer (Premio Nobel de Física, en 1996 )
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Efecto túnel en el STM.Efecto túnel en el STM.
Sistema inmerso en el vacio.Sistema inmerso en el vacio.
Suponemos que la punta y el material a Suponemos que la punta y el material a examinarse son del mismo material, examinarse son del mismo material, Entonces tienen la misma función de Entonces tienen la misma función de
trabajo W.trabajo W.
Los eLos e-- tienen la misma energía en el tienen la misma energía en el material y además es menor que la de un e- material y además es menor que la de un e-
que se encuentre en el vacio.que se encuentre en el vacio.
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La altura de la barrera de potencial es La altura de la barrera de potencial es U y es la diferencia de potencial para U y es la diferencia de potencial para
los electrones ligados y los libres.los electrones ligados y los libres.
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Entonces W = U-E y también es la Entonces W = U-E y también es la energía necesaria para desprenderlo.energía necesaria para desprenderlo.
El desprendimiento de e- es de la El desprendimiento de e- es de la superficie, estos se dirigen hacia la punta superficie, estos se dirigen hacia la punta
con ayuda de un voltaje controlado.con ayuda de un voltaje controlado.
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Resolución lateral (en el plano de la Resolución lateral (en el plano de la superficie).superficie).
Puntas delgadas: uno o dos átomos en la Puntas delgadas: uno o dos átomos en la punta).punta).
Lo que se consigue fácilmente lo que Lo que se consigue fácilmente lo que impresionó incluso a sus creadores.impresionó incluso a sus creadores.
Existen dos métodos: altura constante y a Existen dos métodos: altura constante y a corriente constante.corriente constante.
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Un poco más…Un poco más…Lo extraordinario del microscópio es su Lo extraordinario del microscópio es su
funcionamiento inmerso en líquidos.funcionamiento inmerso en líquidos.Por ejemplo en agua, esta es un conductor, Por ejemplo en agua, esta es un conductor,
pero solo ionicos para los electrones no lo es pero solo ionicos para los electrones no lo es por lo cual se comportan como en el vacio.por lo cual se comportan como en el vacio.
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Aplicaciones::
Microscopia con resolución atómica.
Caracterización de dominios magnéticos a nivel atómico.
Nanolitografía.
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Ciencia e Ingeniería de Materiales:
Caracterización morfológica y analítica de materiales
Estudio de superficiesProcesos de difusión Segregación Análisis de fallos Control de calidadIrregularidades de piezas fabricadas en cadena
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Geología:
Una eficaz ayuda en estudios geométricos y morfológicos relacionados con la mineralogía y metalurgia.
Textura de rocas y minerales
Identificación de minerales y sustancias sintéticas
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Metalurgia:
Observación de composición de materiales
Fenómenos de difusión
Composición de aleaciones
Crecimiento de granos
Estudios de corrosión de metales y aleaciones
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Biología:Observación de los distintos organelos
intracelulares.Diferenciación de células.Estructura y ultra estructura de tejidos y órganos
animales vegetales.Inmunocitolocalización de macromoléculas.Patologías animales y vegetales.Estudios forenses (búsqueda de partículas,
tejidos, hilos, semen…)
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Bibliografía.Bibliografía.
http://www.revista.unam http://www.revista.unam .mx/vol.6/num7/art70/art70-5.htm.mx/vol.6/num7/art70/art70-5.htm
Eisberg Robert. Robert Resnick. Física cuántica. Eisberg Robert. Robert Resnick. Física cuántica. Atomos, moléculas, sólidos, núcleos y partículas. Atomos, moléculas, sólidos, núcleos y partículas. Limusa. México. 1983. pp. 833.Limusa. México. 1983. pp. 833.
Serway Raymond A., Clement J. Moses. Física Serway Raymond A., Clement J. Moses. Física moderna, Ed Cengage Learning, 2006, pp642.moderna, Ed Cengage Learning, 2006, pp642.
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