e.p.e.t. nº1 ing. rogelio boero aÑo: 7º 4º y 5º div. area

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.

mailto:[email protected]





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





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.





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.





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

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