Efecto tunel

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Efecto tunel

  1. 1. Aplicaciones del efecto túnel.1UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MEXICOUNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MEXICOIntroducción 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 deAplicaciones del efecto túnel; Microscopio detunelaje por barridotunelaje por barrido
  2. 2. Aplicaciones del efecto túnel.2Efecto túnel.Efecto túnel.Una partícula tiene la propiedad deUna partícula tiene la propiedad deatravesar una barrera de potencial sin teneratravesar una barrera de potencial sin tenerla energía suficiente (clásicamente), ya quela energía suficiente (clásicamente), ya quela probabilidad de que la partícula este della probabilidad de que la partícula este delotro lado es no nula.otro lado es no nula.
  3. 3. Aplicaciones del efecto túnel.3Algunas 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 partículasEmisión de partículas  en el decaimiento deen el decaimiento denúcleos radioactivos.núcleos radioactivos. Inversión de la molécula de amonio.Inversión de la molécula de amonio. Diodo túnel.Diodo túnel.
  4. 4. Aplicaciones del efecto túnel.4Emisión de campo.Emisión de campo.Los eLos e--son arrancados de los metales porson arrancados de los metales porsometimiento a campos eléctricos intensos.sometimiento a campos eléctricos intensos.Entonces estos se pueden adaptar comoEntonces estos se pueden adaptar como“fuentes de e“fuentes de e--””El STM utiliza los eEl STM utiliza los e--que escapan paraque escapan paraformar una imagen estructuralmenteformar una imagen estructuralmentedetallada de la superficie emisora.detallada de la superficie emisora.
  5. 5. Aplicaciones del efecto túnel.5Microscopios electrónicos El Microscopio Electrónico de Transmisión,MET (Transmission Electron Microscope).Utiliza un haz fijo de electrones, solo es posibleobtener imágenes de muestras losuficientemente delgadas como para transmitirentre el 50% y 90% de los electrones queinciden el ella, de aproximadamente 0.1µm deespesor.
  6. 6. Aplicaciones del efecto túnel.6 Microscopio Electrónico de Barrido, MEB(Scanning Electron Microscope).Crea una imagen ampliada de la superficiede un objeto, utilizando un haz móvil deelectrones que recorre la muestra en áreasseleccionadas. No es necesario cortar elobjeto en capas para observarlo, sino quepuede colocarse en el microscopio con muypocos preparativos.
  7. 7. Aplicaciones del efecto túnel.7 Se han desarrollado otros tipos demicroscopios electrónicos. Un microscopioelectrónico de barrido y transmisión combinalos elementos de un MET y un MEB, ya queutiliza un haz de electrones móvil pararecorrer una muestra delgada, para luegocaptar los electrones primarios transmitidos.
  8. 8. Aplicaciones del efecto túnel.8Emisión de partículasEmisión de partículas  en el decaimiento deen el decaimiento denúcleos radioactivos.núcleos radioactivos.Paradoja clásica, de las energías.Paradoja clásica, de las energías.Se sabía que la ESe sabía que la ECC de las partículasde las partículas emitidas por el decaimiento del nucleo Uemitidas por el decaimiento del nucleo U238238era de 4.2 MeV (Eera de 4.2 MeV (ETT =E=ECC) a distancias) a distanciasgrandes a partir del centro donde V(r)= 0.grandes a partir del centro donde V(r)= 0.
  9. 9. Aplicaciones del efecto túnel.9Comportamiento cualitativo de la energía de lasComportamiento cualitativo de la energía de laspartículaspartículas  en función de la distancia.en función de la distancia.
  10. 10. Aplicaciones del efecto túnel.10Si la partícula esta inicialmente en unaSi la partícula esta inicialmente en unaregión con r < r’, esta separada del restoregión con r < r’, esta separada del restodel espacio por una barrera de potencialdel espacio por una barrera de potencialcon al menos dos veces Econ al menos dos veces ETT de altura.de altura.Se observó que la partículaSe observó que la partícula  penetraba,penetraba,ocasionalmente la barrera de potencial yocasionalmente la barrera de potencial yse movia a valores grandes de r.se movia a valores grandes de r.
  11. 11. Aplicaciones del efecto túnel.11Inversión de la molécula de amonio NHInversión de la molécula de amonio NH33..Estructura molecular.Estructura molecular.
  12. 12. Aplicaciones del efecto túnel.12Energía potencial del átomo de N en funciónEnergía potencial del átomo de N en funciónde la distancia al plano, con dos mínimos quede la distancia al plano, con dos mínimos queson los estados de equilibrio simétricamenteson los estados de equilibrio simétricamentealrededor de un máximo (x = 0).alrededor de un máximo (x = 0).Este es una barrera de potencial para el NEste es una barrera de potencial para el Ndado por la fuerzas de Coulomb repulsivas.dado por la fuerzas de Coulomb repulsivas.Para los estados de baja energía, se encuentraPara los estados de baja energía, se encuentracon una barrera alta clásicamentecon una barrera alta clásicamenteimpenetrable.impenetrable.Frecuencia de oscilación: 2.3786 EFrecuencia de oscilación: 2.3786 E 1010Hz, enHz, enel estado base.el estado base.
  13. 13. Aplicaciones del efecto túnel.13Energía potencial del átomo de N de acuerdo a laEnergía potencial del átomo de N de acuerdo a laposición desde el plano, estado base.posición desde el plano, estado base.
  14. 14. Aplicaciones del efecto túnel.14Diodo túnel.Diodo túnel.Es un dispositivo utilizado en los circuitosEs un dispositivo utilizado en los circuitosrápidos porque su respuesta a la altarápidos porque su respuesta a la altafrecuencia es mucho mejor que la defrecuencia es mucho mejor que la decualquier transistor.cualquier transistor.El efecto túnel es controlable paraEl efecto túnel es controlable parainterrumpir corrientes tan rápidamente queinterrumpir corrientes tan rápidamente quese puede construir un oscilador capaz dese puede construir un oscilador capaz detrabajar a frecuencias superiores que 10trabajar a frecuencias superiores que 101111HzHz
  15. 15. Aplicaciones del efecto túnel.15
  16. 16. Aplicaciones del efecto túnel.16Microscopio de Tunelaje por Barrido.(STM)
  17. 17. 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 HeinrichRohrer (Premio Nobel deFísica, en 1996 )
  18. 18. Aplicaciones del efecto túnel.18Benning y Rohrer
  19. 19. Aplicaciones del efecto túnel.19
  20. 20. Aplicaciones del efecto túnel.20
  21. 21. Aplicaciones del efecto túnel.21Efecto 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 aSuponemos que la punta y el material aexaminarse son del mismo material,examinarse son del mismo material,Entonces tienen la misma función deEntonces tienen la misma función detrabajo W.trabajo W.Los eLos e--tienen la misma energía en eltienen la misma energía en elmaterial 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.
  22. 22. Aplicaciones del efecto túnel.22La altura de la barrera de potencial esLa altura de la barrera de potencial esU y es la diferencia de potencial paraU y es la diferencia de potencial paralos electrones ligados y los libres.los electrones ligados y los libres.
  23. 23. Aplicaciones del efecto túnel.23Entonces W = U-E y también es laEntonces W = U-E y también es laenergía necesaria para desprenderlo.energía necesaria para desprenderlo.El desprendimiento de e- es de laEl desprendimiento de e- es de lasuperficie, estos se dirigen hacia la puntasuperficie, estos se dirigen hacia la puntacon ayuda de un voltaje controlado.con ayuda de un voltaje controlado.
  24. 24. Aplicaciones del efecto túnel.24Resolución lateral (en el plano de laResolución lateral (en el plano de lasuperficie).superficie).Puntas delgadas: uno o dos átomos en laPuntas delgadas: uno o dos átomos en lapunta).punta).Lo que se consigue fácilmente lo queLo que se consigue fácilmente lo queimpresionó incluso a sus creadores.impresionó incluso a sus creadores.Existen dos métodos: altura constante y aExisten dos métodos: altura constante y acorriente constante.corriente constante.
  25. 25. Aplicaciones del efecto túnel.25Un poco más…Un poco más…Lo extraordinario del microscópio es suLo extraordinario del microscópio es sufuncionamiento 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 espero solo ionicos para los electrones no lo espor lo cual se comportan como en el vacio.por lo cual se comportan como en el vacio.
  26. 26. Aplicaciones del efecto túnel.26Aplicaciones:: Microscopia con resolución atómica. Caracterización de dominios magnéticos anivel atómico. Nanolitografía.
  27. 27. Aplicaciones del efecto túnel.27 Ciencia e Ingeniería de Materiales:Caracterización morfológica y analítica dematerialesEstudio de superficiesProcesos de difusiónSegregaciónAnálisis de fallosControl de calidadIrregularidades de piezas fabricadas en cadena
  28. 28. Aplicaciones del efecto túnel.28 Geología:Una eficaz ayuda en estudios geométricos ymorfológicos relacionados con lamineralogía y metalurgia.Textura de rocas y mineralesIdentificación de minerales y sustanciassintéticas
  29. 29. Aplicaciones del efecto túnel.29 Metalurgia:Observación de composición de materialesFenómenos de difusiónComposición de aleacionesCrecimiento de granosEstudios de corrosión de metales yaleaciones
  30. 30. Aplicaciones del efecto túnel.30 Biología:Observación de los distintos organelosintracelulares.Diferenciación de células.Estructura y ultra estructura de tejidos y órganosanimales vegetales.Inmunocitolocalización de macromoléculas.Patologías animales y vegetales.Estudios forenses (búsqueda de partículas,tejidos, hilos, semen…)
  31. 31. Aplicaciones del efecto túnel.31Bibliografía.Bibliografía. http://www.revista.unamhttp://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. FísicaSerway Raymond A., Clement J. Moses. Físicamoderna, Ed Cengage Learning, 2006, pp642.moderna, Ed Cengage Learning, 2006, pp642.

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