Átomos, con microscopio de efecto túnel (STM)

Para lograr la visión de abajo hacia arriba de la nanotecnología (la capacidad para construir materiales mediante la manipulación de átomos) implica átomos y moléculas de trasladarse a lugares precisos. El STM (microscopio de efecto túnel) tiene la capacidad de mover átomos de alrededor sobre una superficie.

Una punta del STM se estrecha a un punto agudo, idealmente compuesto por un solo átomo. Cuando la punta se lleva muy cerca de la superficie de la muestra, con sólo alrededor de un espacio de 1 nm, una corriente eléctrica (llamada la corriente de efecto túnel) se produce entre la punta y la muestra STM. La cantidad de un túnel corriente aumenta como la distancia entre la punta y la disminución de la superficie.


Este cambio en la corriente túnel genera una imagen topográfica de la superficie. Si la punta de STM, ya que explora a través de la superficie de la muestra, se encuentra con un átomo de sentado en la superficie, la brecha se reduce y la corriente de efecto túnel sube.

Debido a que la punta y la muestra no tienen ningún contacto físico, los electrones tienen que túnel a través del espacio entre la punta y la muestra para producir una corriente eléctrica. Las reglas de la mecánica cuántica, que rigen el comportamiento de las partículas subatómicas, se aplican cuando se trabaja en esta pequeña escala, por lo que se llama a este movimiento de electrones a través de un hueco túnel de la mecánica cuántica.

La punta de un microscopio de efecto túnel.
La punta de un microscopio de efecto túnel.

Entonces, ¿cómo hace un STM átomos se mueven? Un físico llamado Johannes van der Waals descubrió una de las fuerzas más débiles que actúan sobre las moléculas y átomos. Este van der Waals fuerza permite que el STM para mover átomos alrededor.


Para mover un átomo particular a un punto diferente en la superficie de una muestra, que la posición de la punta del STM sobre el átomo. A continuación, baje la punta hasta el punto en que la van der Waals fuerza es lo suficientemente fuerte como para hacer que el palo de un átomo a otro átomo en el extremo de la punta del STM cuando se mueve últimamente.

Después de la STM mueve el átomo hasta el punto deseado, se eleva la punta del STM y el átomo permanece en el lugar. Algunos alma industriosa en el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) intentó esto con átomos de cobalto sobre una superficie de cobre, moviendo los átomos de cobalto para formar el logotipo NIST.

Átomos de cobalto dispuestas con un microscopio de efecto túnel. [Crédito: Imagen cortesía de la National
Átomos de cobalto dispuestas con un microscopio de efecto túnel.



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