Divulgación Efecto túnel

[Peyetole]

Hola.

Recientemente leí en un artículo de divulgación sobre cómo, gracias al microscopio de efecto túnel, se podía observar una estructura de átomos de un metal (creo que de Niobio), apilados, como en una suerte de "pirámide de balas de cañón", o parecido. La imagen, adjunta en el artículo, parecía una fotografía en blanco y negro.

Ahora, mi duda está en lo que sigue: ¿de qué se trata "el efecto túnel"? ¿Esa imagen la debo tomar como una representación o realmente como una "imagen directa", cual si fuera una fotografía?

Y de yapa dejo esta otra: ¿Es posible observar directamente, (microscopio de por medio, obviamente) un átomo? ¿Lo más chico que se puede observar es algo de un tamaño mayor que la longitud de onda de la luz?

Agradecería si me pudieran contestar estas preguntas. Es la primera vez que entro al foro y no se bien si estoy preguntando en la categoria correcta. Si no es así pido se me sepa disculpar. Gracias.

[Sartie]

Re: Efecto túnel

Hola peyetole. Verás, el efecto túnel es un efecto mecanocuantico que no voy a tratar de describirte, lo que voy hacer es explicarte como funciona un microscopio de efecto túnel. El microscopio es básicamente una punta afilada quimicamente terminada en unos pocos atomos (idealmente termina en un atomo). Esta punta es suspendida por una serie de piezoelectricos que permiten que esta punta se mueva en los ejes x,y y z con precisión de angstroms. Esta punta se coloca muy cerca y por encima de una superficie metalica, la que queramos estudiar y entre ellas se aplica una diferencia de potencial.
Cuando la punta está a tan solo unos pocos agnstroms de la superficie se empieza a producir el efecto tunel. Este efecto ocurre entre los electrones del ultimo atomo de tu punta (el atomo en el que termina la punta) y el atomo mas cercano de la superficie metalica. Como digo, debido al efcto túnel los electrones de un sitio atraviesan el vacio y pasan al otro atomo, por ejemplo, un electron del atomo de la superficie salta al hacia el ultimo atomo de la punta. Al crear previamente una diferencia de potencial entre punta y muestra ampliamos el rango de electrones que pueden hacer túnel, es decir, aumentamos la probabilidad de que ocurra el efecto tunel.
Entonces con la punta en esa posicion recorremos la superficie en el plano, muy despacio y atraves de un cable en el extremo de la punta recogemos la corriente de electrones que saltan de la superficie hasta la punta. De este modo y con un buen software, podemos, por ejemplo, siguiendo una linea por la superficie, ver picos de corriente justo cuando estamos encima de un atomo y veremos caidas de corriente cuando no estamos justo encima de un atomo (la distancia entre atomos en un metal es tipicamente 2 agnstrom). Estos picos ocurren debido a que en el efecto tunel la relación entre la probabilidad de "tunelear" y la anchura de la barrera (en nuestro caso eso equivale a la distancia entre el atomo de la superficie y el ultimo atomo de la punta) es exponencial, de modo que la corriente varia, aproximadamente, un orden de magnitud por cada angstrom que varia la distancia entre la punta y la muestra.
De este modo obtenemos una linea que relaciona la posicion de la punta sobre la linea de barrido y la corriente recolectada en cada punto y atribuimos la posición de un atomo con un pico de corriente. Si repetimos este proceso de barrido por toda la superficie obtienes un mapa de corrientes en 3 Dimensiones, a saber el plano XY y la corriente como tercera componente. Despues puedes poner una escala de colores a los valores de la corriente, por ejemplo si vale 3nA le pones rojo y el color lo vas haciendo mas intenso según aumente la correinte, por ejemplo. De ese modo se obtiene la imagen que observaste.
Por tanto, lo que uno observa en una imagen de efecto túnel es, digamoslo asi con las manos, la densidad electronica de la superficie (en realidad es la integral de los estados electronicos contenidos desde el nivel de fermi hasta el voltage que hayas aplicado) y como sabemos dicha densidad es mayor en las posiciones de los nucleos atomicos. Jugando con el voltage se pueden encontrar varios fenomenos, por ejemplo algunos metales tienen estados de superficie, es decir, estados donde los electrones se mueven libremente por la superficie. Estos estados suelen tener muy baja energía por tanto hay que merdirlos a voltage casi cero, es decir, en el nivel de fermi. En esos casos uno no oberva un electron, pero puede observar las interferencias cuanticas de estos cuando hacen scattering (son dispresados) con una impureza de la superficie.
Por tanto, como digo, la imagen que observas no es una imagen formada por fotones como lo que sueles ver con tus ojos, si no mas bien formada por electrones, pero ahora deberias preguntarte, ¿como veo yo con los ojos?, ¿acaso no observo las cosas mas brillantes cuando emiten mas fotones y mas oscuras cuando emiten menos?.

Respecto a lo de observar un atomo aislado he leido que han creado unos cristales, por llamarlos de algun modo, con indice de refraccion negativo lo que hace que puedan obervarse objetos menores que la longitud de onda de la luz visible, por lo menos en teoria. Dichos cristales son bucles de circuitos electricos de muy pequeño tamaño, que distorsionan el haz de fotones incidentes. El problema es, ¿como tengo un atomo aislado y quieto para poder observarlo?, ¿como sé donde tengo que enfocar para ver el atomo?

Espero que te hayan servido mis respuestas y si tienes mas preguntas aqui estoy.

[Peyetole]

Re: Efecto túnel

Sí, me despejó muchas dudas tu respuesta y me agregó datos que no había escuchado antes. Muchas gracias.

Sinceramente casi llegué a convencerme de que era una "imagen directa", o sea, como explicás vos, una imagen formada por fotones. Me parecía muy impactante esta noticia como para que no tenga tanta prensa, y no conseguía información clara al respecto como para despejar esa duda. Lo que sí llegué a escuchar (no se cuanto de verdadero tenga esto o si se pueda comprobar) es que este microcopio sería una suerte de "sonar", si vale la analogía, o yo lo entendí así. Pero nada que me conformara, hasta ahora. Aunque simplemente pude crear una noción vaga de tu explicación, suficiente para las dudas que lo que yo entendía podía sugerirme.

Saludos y gracias devuelta. (Soy nuevo y no sé como agradecer la respuesta en los hilos).

[angel relativamente]

Re: Efecto túnel

(Soy nuevo y no sé como agradecer la respuesta en los hilos).

Abajo de cada mensaje hay un boton donde pone gracias, pincha ahí y ya está

[M_Odes]

Re: Efecto túnel

¿Es posible observar directamente, (microscopio de por medio, obviamente) un átomo? ¿Lo más chico que se puede observar es algo de un tamaño mayor que la longitud de onda de la luz?

he sabido que un equipo experimental de IBM logró "observar" una molécula de un compuesto llamado "Pentaceno" (recuerda que en ciencia, "ver" hace referencia a medir más que a el acto sensible de ver)

adjunto un video al respecto :

[Sartie]

Re: Efecto túnel

he sabido que un equipo experimental de IBM logró "observar" una molécula de un compuesto llamado "Pentaceno" (recuerda que en ciencia, "ver" hace referencia a medir más que a el acto sensible de ver)

adjunto un video al respecto :

Bueno M_Odes andas un poco desencaminado. El tipo que ves en el video es el señor Leo Gross, y lo que han hecho no es ver una molecula de pentaceno, eso no es nada complicado, de hecho durante mi tesis he trabajado con muchas moleculas organicas sobre metales y se observan sin mucha dificultad (mas facil que ver los atomos de la superficie). Lo que ha conseguido este grupo es identificar cada uno de los átomos que forman la molecula de pentaceno, es decir, han conseguido visualizar las posiciones atomicas de cada especie dentro de la molecula. Justo ahí radica la importancia de este experimento. Lo malo es que no se ha hecho con un microscopio de efecto túnel si no con un microscopio de fuerzas atómicas operando en modo no contacto, mas concretamente usando el modelo Tunning Fork diseñado por Frank Giessibl (fijaros en este nombre porque este tio será premio nobel un dia de estos).
En estos momentos en mi laboratorio y como parte fundamental de mi tesis estoy construyendo uno muy parecido.

[M_Odes]

Re: Efecto túnel

Bueno M_Odes andas un poco desencaminado. El tipo que ves en el video es el señor Leo Gross, y lo que han hecho no es ver una molecula de pentaceno, eso no es nada complicado, de hecho durante mi tesis he trabajado con muchas moleculas organicas sobre metales y se observan sin mucha dificultad (mas facil que ver los atomos de la superficie). Lo que ha conseguido este grupo es identificar cada uno de los átomos que forman la molecula de pentaceno, es decir, han conseguido visualizar las posiciones atomicas de cada especie dentro de la molecula. Justo ahí radica la importancia de este experimento. Lo malo es que no se ha hecho con un microscopio de efecto túnel si no con un microscopio de fuerzas atómicas operando en modo no contacto, mas concretamente usando el modelo Tunning Fork diseñado por Frank Giessibl (fijaros en este nombre porque este tio será premio nobel un dia de estos).
En estos momentos en mi laboratorio y como parte fundamental de mi tesis estoy construyendo uno muy parecido.

De hecho si sabía que es un microscópio de fuerza atómica, inclusive en el video lo dicen e ilustran su funcionamiento, lo que desconocía es que se hacía

usando el modelo Tunning Fork diseñado por Frank Giessibl

el video fue más encaminado a la pregunta de

¿Es posible observar directamente, (microscopio de por medio, obviamente) un átomo? ¿Lo más chico que se puede observar es algo de un tamaño mayor que la longitud de onda de la luz?

ilustrando una respuesta mediante un video. el video es algo viejo, pero conocía su existencia y lo puse en el hilo.

[Sartie]

Re: Efecto túnel

Ok M_Odes.
Un buen video para que veais como funciona el microscopio es este: http://www.youtube.com/watch?v=47UgM...eature=related
aqui el microscopio se mantiene con una corriente constante de modo que se varia la distancia entre la punta y la muestra para que dicha corriente sea siempre la misma. A esto se le llama imagen de topografía.