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Tribuna:
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Tocar una flauta de dimensiones at¨®micas

Si realiz¨¢semos una encuesta entre los f¨ªsicos sobre qu¨¦ efectos les gustar¨ªa observar en sus investigaciones, es probable que la inmensa mayor¨ªa dijera: "Quiero observar efectos cu¨¢nticos". Y es que a los f¨ªsicos se nos mueve el cuerpo cuando vemos estos fen¨®menos, que ponen de manifiesto que las part¨ªculas at¨®micas se comportan como ondas.Ejemplos de estos efectos son la difracci¨®n de electrones y ¨¢tomos por redes cristalinas, el efecto t¨²nel (part¨ªculas de masa peque?a pueden pasar por zonas prohibidas por la mec¨¢nica -cl¨¢sica de Newton) o los niveles de energ¨ªa discretos de los electrones en los ¨¢tomos (que tienen que ver con el color de las cosas).

Estudios te¨®ricos realizados hace una veintena de a?os (Rolf Landauer, IBM) indicaban que deber¨ªan observarse efectos cu¨¢nticos en la corriente el¨¦ctrica en electrodos peque?os. En 1987 se propuso (N. Garc¨ªa) que con un microscopio de efecto t¨²nel se deber¨ªa observar este mismo efecto al cambiar la secci¨®n de un contacto nanom¨¦trico o nanocable de unos ¨¢tomos (1 nan¨®metro es igual a 0,000000001 metros). Datos de Jim Gimzewsky (IBM) ya apuntaban en esa direcci¨®n. Un contacto de estas dimensiones se puede obtener con una punta met¨¢lica extremadamente afilada (como las del microspio de efecto t¨²nel) y un metal, de forma similar a cuando se mete y se saca un dedo en un queso blando.

M¨¢s informaci¨®n
Mec¨¢nica cu¨¢ntica encima de la mesa
Simplicidad y belleza en la ciencia

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Viene de la p¨¢gina 37

La idea es que el electr¨®n, al ser como una onda, tiene cierto tama?o y pasa o no pasa por el nanocable si su longitud de onda se ajusta a la secci¨®n del cable o_no. Esto es parecido a lo que pasa en una fibra ¨®ptica con la luz. in boca de mi colega Manuel Nieto-Vesperinas (en un art¨ªculo que aparece en Photonic News): "Los nanocables met¨¢licos son gu¨ªas de onda para electrones de un nan¨®metro debido a que la longitud de onda de los electrones es aproximadamente 0,5 nan¨®metros". Otro s¨ªmil es el de un instrumento musical: los saltos en la corriente son los tonos graves, agudos, etc¨¦tera. ?Imag¨ªnense ustedes flautas de dimensiones at¨®micas!

Efectos cu¨¢nticos en la corriente ya fueron- observados en dispositivos semiconductores por un grupo holand¨¦s y otro ingl¨¦s. Lo que ocurre en este caso es que las longitudes de onda son 100 veces mayores y las gu¨ªas de onda son microsc¨®picas, y por tanto se pueden fabricar cont¨¦cnicas de microelectr¨®nica hoy d¨ªa convencionales. Aun as¨ª, dichos experimentos hay que llevarlos a cabo a - 270? C. Es obvio que hacer gu¨ªas de onda para electrones en metales les un salto cualitativo importante en la miniaturizaci¨®n con respecto a la microelectr¨®nica. Se llega a, la nanoelectr¨®nica, la nanomec¨¢nica, la nanofricci¨®n, la nanotribolog¨ªa, etc¨¦tera. La ciencia y la tecnolog¨ªa en el nan¨®metro. En ¨¦sas est¨¢bamos en 1993, en una colaboraci¨®n con el equipo de Arturo Bar¨® y un grupo dan¨¦s, utilizando microscopios de efecto t¨²nel en medio ambiente y ultraalto vac¨ªo.

En 1993 y 1994 se presentaron resultados importantes y conseguimos efectos cu¨¢nticos a temperatura ambiente en la corriente cuando una punta superafilada se inyecta y se saca de un metal. Ve¨ªamos que la corriente se comportaba a saltos de valor la constante de PIanck (la constante de todos los cuantos) dividido por dos veces el cuadrado de la carga del electr¨®n. En 1995, en un art¨ªculo en colaboraci¨®n con U. Landman (Universidad de Atlanta) se mostraba que los nanocables que se forman est¨¢n en acuerdo razonable con las simulaciones de ordenador realizadas mediante din¨¢mica molecular. M¨¢s experimentos

En junio de este a?o. demostramos que los efectos cu¨¢nticos se pueden obtener de una manera mucho m¨¢s sencilla, utilizando una resistencia, una pila y dos cables de uso dom¨¦stico. Nuestros experimentos han sido reproducidos, entre otros, por Robert Whetten y Uzi Landman (Atlanta),Walt Deheer (Laussanne), y Jim Gimzewski (IBM). Estas observaciones nos permiten realizar ahora experimentos m¨¢s sofisticados desde perspectivas diferentes. Estabilidad de los nanocables, comportamiento del ruido en la corriente, conectores at¨®micos a temperatura ambiente, nanofricci¨®n a altas y bajas temperaturas, abordar el problema de la lubricaci¨®n a escala at¨®mica, transmisi¨®n de datos de alta frecuencia, etc¨¦tera.

Estos experimentos tambi¨¦n tienen un inter¨¦s educativo para estudiantes de COU y' Universidad. Se puede fomentar la inquietud hacia la ciencia. Como nuestros fondos de investigaci¨®n son fundamentalmente p¨²blicos, si alg¨²n centro educativo o industrial, p¨²blico o privado, quiere una demostraci¨®n la haremos con gusto. 'Nuestros tel¨¦fonos son (91) 397 38 50 / 47 46 y fax: (91) 397 38 47. No tienen m¨¢s que llamar y ser¨¢ gratuito. El sueldo que nos pagan lo incluye.

Nicol¨¢s Garc¨ªa es director del Laboratorio de F¨ªsica de Sistemas Peque?os (UAM / CSIC)..

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