FÍSICA DE SEMICONDUCTORES Aplicaciones Industriales de la Mecánica Cuántica UN Carlos Andrés Méndez Tafur fsc23Carlos 16/06/2015

Microscopio Atómico STM Qué es el Efecto Túnel Ocurre cuando una partícula atrapada en una barrera de potencial finita lo atraviesa y se escapa Ilustre el principio de funcionamiento de un microscopio de atómica de efecto túnel, STM (Scanning Tunneling Microscope)

Microscopio Atómico STM Qué es el Efecto Túnel: En física se representan a los sistemas y sus estados energéticos con gráficas de energía potencial. En dichas gráficas se representan el sistema y su energía, y la energía que necesita para realizar algún fenómeno. Se observa una grafica correspondiente a continuación: Se puede observar: - Las partículas se mueven en el eje X. Una partícula se podría mover hacia la derecha o hacia la izquierda. - En el eje vertical representamos la energía a la que esta partícula está sometida en su movimiento que tiene la forma de una energía potencial V(x). - Vemos como en la mayor parte del eje X la energía potencial es 0, pero hay un determinado intervalo en el que toma un valor Vo. Eso es una barrera de potencial.

Microscopio Atómico STM Si existe una partícula cuya energía (cinética) es mayor que el Vo entonces se podrá mover sin problema en todo el eje X. Si por el contrario, la partícula tiene una energía menor que V0, estará condenada a rebotar contra la barrera de potencial cuando se encuentre con ella. En este momento entra en juego la cuántica con las siguientes consideraciones: Las partículas cuánticas están descritas por una función de onda. A un nivel pedestre podemos considerar que la partícula se describe como una onda durante su evolución. La función de onda contiene la información acerca de la probabilidad que tiene la partícula de ser encontrada en una posición determinada. Eso está contenido en el cuadrado de la función de de onda, Probabilidad de encontrar a la partícula en una posición x.

Microscopio Atómico STM Cuando describimos el una partícula cuántica que se encuentra con una barrera de potencial y resolvemos el problema encontramos que aunque dicha partícula no tenga la energía suficiente como para “saltar” la barrera hay una pequeña probabilidad de que pase al otro lado. El secreto está en que cuando la partícula descrita por la función de onda se encuentra con la barrera de potencial, la función de onda inicial se parte en dos contribuciones: Parte reflejada + Parte transmitida.

STM (Scanning Tunneling Microscope) El principio de funcionamiento de este microscopio es: Se usa una punta muy aguda y conductora y se le aplica un voltaje entre la punta y la muestra. Se acerca la punta a unos 10 Å a la muestra y los electrones tienden a fluir hacia la punta. Aquí se produce una corriente que puede ser medida. Esto debido al efecto túnel. Conforme van tomando los datos de la posición, velocidad y corriente, se va formando una imagen que corresponde a la densidad electrónica de los estados de la superficie. Para uno de estos instrumentos se considera que tienen una buena resolución cuando es de 0.1 nm de resolución lateral y 0.01 nm de resolución de profundidad.