ATRAPAMIENTO, PASO POR UN TORNIQUERTE Y ACORRALAMIENTO

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JUNTAS DE TUNELAMIENTO DE ELECTRONES INDIVIDUALES

Una junta de tunelamiento es un dispositivo que consta de dos electrodos conductores separados por una película delgada de material aislante con espesor de un nanómetro. Los electrones se pueden mover libremente en los conductores, pero no pueden penetrar en el aislante con facilidad; debido a sus propiedades ondulatorias los electrones tienen una probabilidad de pasar de un conductor a otro a través del aislante mediante el llamado efecto túnel.

A principios de los años ochenta se disponía de juntas de este tipo pero sus espesores del aislante de cientos de nanómetros, reconociéndose que el efecto de tunelamiento se haría mucho más probable si se redujera sustancialmente el espesor. En 1985 Averin y Likharev examinaron teóricamente el comportamiento de una junta con un aislante de espesor manométrico, encontrando un resultado completamente inesperado.

Un análisis cuidadoso de las ecuaciones indica que cada oscilación representa la respuesta de la junta de tunelamiento de un electrón individual a través de la película aislante. El fenómeno se llama oscilaciones de tunelamiento de electrón individual. Para entender estas oscilaciones a continuación se revisa como fluye una corriente en un conductor ordinario y lo que ocurre en la junta de tunelamiento. A pesar del movimiento de los electrones, cualquier volumen que se escoja del conductor tiene una carga neta nula, pues la carga negativa de los electrones es compensada por la carga positiva de los núcleos en cada porción del conductor.

En una junta de tunelamiento, la carga se mueve a través del sistema tanto en forma continua como en forma discreta. A medida que la carga transferida fluye continuamente a través del conductor se acumula en la superficie del electrodo en contacto con la película aislante de la junta, mientras el otro electrodo tiene una carga superficial de igual magnitud pero de signo opuesto.

Para que se puedan observar esos efectos se necesitan reunir las condiciones de que las juntas sean muy pequeñas y que las temperaturas sean muy bajas, para aumentar la probabilidad de tunelamiento y reducir el ruido térmico que afecta al movimiento electrónico.

ONDAS ELECTRONICAS EN TERRAZAS Y CORRALES CUANTICOS

El trabajo de Ruska se inició desde los años treinta y se extendió a lo largo de tres décadas; todavía transcurrieron casi otras tres décadas para que se le otorgara este reconocimiento. Desde 1931 construyo el primer microscopio electrónico usando dos lentes electrónicas magnéticas con una amplificación modesta de 17.4.El y su colaborador Max Knoll eran ingenieros y fue en el verano de 1931 que por primera vez tuvieron noticias de la hipótesis de De Broglie sobre la naturaleza ondulatoria de los electrones.

Para 1932 ambos estimaron el límite de resolución para un microscopio electrónico, suponiendo que la ecuación para el límite de resolución del microscopio óptico es válida para las ondas electrónicas.

Mientras el microscopio inventado y desarrollado por Ruska es el análogo electrónico del microscopio óptico, se podría decir que el microscopio de Binning y Rohrer es el análogo electrónico de un “microscopio Braille”. Efectivamente un microscopio de barrido por tunelamiento opera colocando su punta suficientemente cerca la superficie por examinar, de manera que los electrones realizan el tunelamiento a través del espacio entre la punta y la superficie a una tasa apreciable.

Uno de los modos de operación del microscopio es el topógrafo a corriente constante, en que el voltaje de polarización entre la punta y la superficie se mantiene constante y la altura de la punta se ajusta a medida que barre la superficie, de modo que la corriente de tunelamiento se mantenga constante.

En una superficie de alta calidad de un metal noble como el cobre algunos electrones ocupan estados superficiales y forman un gas bidimensional.

El grupo de Yorktown Heights ha producido imágenes de ondas estacionarias en la densidad de estados de superficie en superficies de oro y de plata a temperatura ordinaria. También imágenes de estados confinados en islas de un átomo de altura; tales islas se producen usando la técnica de epitaxia de haz molecular y dentro de las restricciones dela geometría de la red cristalina base se distribuyen al azar sobre la superficie en una variedad de tamaños y formas, pudiendo ser tan pequeñas como unos pocos nanómetros y permanecer estables durante largos tiempos incluso a temperatura normal. Recientemente también se reportaron imágenes de ondas estacionarias dentro de islas hexagonales.