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E.P.E.T. Nº1 ING. ROGELIO BOERO
AÑO: 7º 4º y 5º Div. AREA CURRICULAR: NANOTECNOLOGÍA
Docentes Responsables: Silvina Martin y Héctor Angulo. Página 1
Docente Responsable: Silvina Martin. 1
ESCUELA: E.P.E.T. Nº1 ING. ROGELIO BOERO
DOCENTES: Silvina Martin.
AÑOS: 7º4º y 7º5º
TURNOS: Mañana y Tarde
AREA CURRICULAR: NANOTECNOLOGIA
GUIA Nº9: TITULO DE LA PROPUESTA: “Síntesis de nanomateriales y nanosistemas:
Bottom-Up vs. Top-Down. Técnicas para la caracterización de nanoestructuras: efecto
Túnel”
ESTIMADOS ALUMNOS: EL PRESENTE TRABAJO ESTA BASADO EN UN MARCO
TEORICO QUE NECESITAN LEER COMPRENSIVAMENTE, PARA LUEGO
CONTESTAR EL CUESTIONARIO PROPUESTO AL FINAL DEL DOCUMENTO Y
ENVIARLO PARA SU CORRECCION A LA SIGUIENTE DIRECCION DE CORREO
ELECTRONICO:
[email protected] (7º4º)- (7º5º).
Contacto de whatsapp: 264- 4762706.
La tecnología actual frente a la del futuro: To p - d o w n frente a B o t t o m - u p:
Buscando un símil sencillo, el fundamento de la tecnología actual se asemeja al trabajo
realizado por un escultor, el cual, a partir de un bloque de material, y a base de cincelar, pulir y
modelar, acaba obteniendo un objeto más pequeño con la forma deseada. Puesto que cada vez
son necesarias tecnologías de fabricación más precisas, es importante disponer de tamaños de
cincel progresivamente más pequeños. Este planteamiento es conocido como tecnología de
fabricación descendente o “t o p - d o w n” (de arriba hacia abajo), y es la base de la tecnología
actual. La ley de Moore, que citábamos previamente, nos habla de este proceso.
La aproximación “nano” es, por tanto, muy diferente de la “t o p - d o w n”, pues el
planteamiento está basado exactamente en lo contrario: ir de lo pequeño a lo grande,
construyendo dispositivos a partir de sus componentes últimos. En este caso, se trata de trabajar
no como un escultor, sino como un albañil, que construye una pared partiendo de una serie de
elementos básicos, los ladrillos. Esta aproximación, que se conoce como “bottom-up” (de abajo
hacia arriba), utiliza para construir los diferentes dispositivos, componentes básicos muy
variados tales como átomos, ácidos nucleicos, proteínas, nanoparticulas o nanotubos.
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Otra actividad de tipo “ b o t t o m - u p ” que nos ha mantenido entretenidos largas horas en la
infancia son los juegos de construcción con cientos de piezas de diferentes tamaños y colores
con las que construíamos casas, aviones, robots, o monstruos. Cambiemos un poco de filosofía
e imaginemos que las fichas rojas son oxígeno, las azules son átomos de hidrógeno, las negras
carbono, etcétera. Y ahora comencemos a ensamblar una molécula de agua, otra de amoniaco,
otra de glucosa. ¿Podríamos hacer algo igual pero en el “nanomundo”?
El trabajo con objetos tan pequeños entraña una gran dificultad, y de hecho fue algo
prácticamente imposible hasta que se desarrollaron los microscopios de campo cercano (SPMs).
Estas novedosas herramientas permiten no sólo la visualización, sino también la manipulación
de objetos de dimensiones nanométricas de muy distinta naturaleza. Estos microscopios son tan
potentes que con ellos es posible llegar a ver átomos sobre una superficie y moverlos a nuestro
antojo. La necesidad de esta compleja instrumentación implica otra de las características
fundamentales que acompañan a la nanociencia y nanotecnología: su interdisciplinariedad. Pero
no sólo es la necesidad de combinar expertos en distintas técnicas y áreas del conocimiento lo
que origina la interdisciplinaridad de la nanociencia. Se trata también de que, al reducir el
tamaño de los objetos para estudiarlos, llega un momento en que todos están constituidos por
átomos y moléculas. Y así, por ejemplo, para construir un dispositivo biosensor, el biólogo
deberá saber de física cuántica, y el físico de biología si quieren que ese nuevo dispositivo
funcione. Así pues, el desarrollo de esta nueva ciencia requiere no sólo la utilización de técnicas
de fabricación, visualización y caracterización muy precisas, sino también una aproximación
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multidisciplinar que reúna a físicos, químicos, biólogos, tecnólogos y teóricos trabajando juntos
y utilizando el mismo lenguaje.
“El efecto túnel”: Este efecto cuántico se describió teóricamente en 1936 y viene a decir que
una partícula con una determinada energía tiene una probabilidad no nula de atravesar una
barrera de potencial cuya altura sea superior a la energía de la partícula. Esta probabilidad se
puede calcular matemáticamente, conociendo la anchura y altura de la barrera y la energía y
masa de la partícula.
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En este punto, la pregunta que a todos nos viene a la cabeza es la siguiente: ¿Cómo a partir de
una formulación tan abstracta se puede construir un microscopio? Imaginemos ahora una punta
metálica cuyo extremo está situado muy cerca de la superficie de un material. Esta punta, si la
miramos a nivel atómico, normalmente tendrá un átomo más cercano que los demás a la
superficie. Hagamos el siguiente experimento: pongamos un pequeño voltaje entre ambas y
veamos la corriente que circula. Si la punta no toca la muestra la corriente es cero. Es un circuito
abierto. Sin embargo, si la punta toca la superficie se establecerá una corriente eléctrica, cuyo
valor vendrá fijado por la famosa ley de Ohm. Hasta aquí nos encontramos realizando un
experimento de tecnología básico. Supongamos ahora que nos situamos a una distancia tal que
la punta está cerca de la muestra, pero no la toca, digamos a 0.4 nm. En principio, la ley de
Ohm nos dirá que el circuito está abierto y por tanto no debería circular ninguna corriente
eléctrica entre ambas.
La llamada corriente túnel que tiene su origen en todos los electrones que pasan de la punta a
la superficie mediante el efecto túnel que acabamos de explicar. Volviendo al símil del frontón,
la separación entre la punta y la muestra es la anchura de la barrera, el grosor del muro, y la
pelota es un electrón. Si aplicamos la fórmula de la probabilidad de paso por la barrera para la
configuración de la ilustración de la página 58 veremos que puede circular una pequeñísima
corriente, la llamada corriente túnel cuyo valor depende exponencialmente de la separación
entre la punta y la superficie.
Dicha corriente, captada por una punta afiladísima, situada a décimas de nanómetros de la
muestra, proviene de un solo átomo de la superficie.
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Esta corriente túnel es la que se usa
como “altímetro” para pasearse por la
superficie y generar de este modo una
imagen en un STM.
Así, al ir moviendo la punta sobre la muestra
es posible medir la corriente eléctrica sobre
cada punto de la superficie y, por tanto,
generar un mapa que se puede correlacionar
fácilmente con los átomos en superficie de esa muestra.
ACTIVIDADES:
1. COMPARA Y EXPLICA LA TEORIA : To p - d o w n frente a B o t t o m - u p.
2. COMO SE APLICAN EN NANOTECNOLOGIA.
3. COLOCA EJEMPLOS.
4. QUE ES EL EFECTO TUNEL. EXPLICA CON TUS PALABRAS.
5. QUE TIPO DE MICROSCOPIO SE UTILIZA PARA EL MISMO.
6. COMO SE LOGRA.
7. INVESTIGA: QUE APLICACIONES TIENE.
8. COLOCA IMÁGENES.
DIRECTIVO A CARGO DE LA INSTITUCIÓN: Prof. Javier Carmona