Efecto tunel

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


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.


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.


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.

pc3, 11/02/2008

Antes se usaba el cátodo frío,para circuitos de tubos al vacio.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


Inversión de la molécula de amonio NHInversión de la molécula de amonio NH33..

Estructura molecular.Estructura molecular.


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.


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.


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



Microscopio de Tunelaje por Barrido.

(STM)

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 )


Benning y Rohrer


Kathy Guerra, 11/19/2008

los electrones no tienen la suficiente energía para escapar a través del vacioEfecto t si estan próximos


http://es.wikipedia.org/wiki/Imagen:ScanningTunnelingMicroscope_schematic.png


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.

pc3, 11/02/2008

entonces no se pueden liberar del material


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.

Kathy Guerra, 11/04/2008

existe intercambio de e si se encuentran suficientemente cerca.


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.

pc3, 11/02/2008

Debido a este potencial de polarización las funciones de trab cambian y es como si tuvieramos materiales distintos, por eso nuestra supsicion inicial no importa.


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.

pc3, 11/02/2008

lijar se reacomodan solos los atomos en una configuración puntiaguda


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.

pc3, 11/02/2008

Lo que da lugar a la microscopia submarina por barrido


Aplicaciones::

Microscopia con resolución atómica.

Caracterización de dominios magnéticos a nivel atómico.

Nanolitografía.


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


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


Metalurgia:

Observación de composición de materiales

Fenómenos de difusión

Composición de aleaciones

Crecimiento de granos

Estudios de corrosión de metales y aleaciones


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…)


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.

Education

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