Tocar una flauta de dimensiones atómicas

Si realizásemos una encuesta entre los físicos sobre qué efectos les gustaría observar en sus investigaciones, es probable que la inmensa mayoría dijera: "Quiero observar efectos cuánticos". Y es que a los físicos se nos mueve el cuerpo cuando vemos estos fenómenos, que ponen de manifiesto que las partículas atómicas se comportan como ondas.Ejemplos de estos efectos son la difracción de electrones y átomos por redes cristalinas, el efecto túnel (partículas de masa pequeña pueden pasar por zonas prohibidas por la mecánica -clásica de Newton) o los niveles de energía discretos de los electrones en los átomos (que tienen que ver con el color de las cosas).

Estudios teóricos realizados hace una veintena de años (Rolf Landauer, IBM) indicaban que deberían observarse efectos cuánticos en la corriente eléctrica en electrodos pequeños. En 1987 se propuso (N. García) que con un microscopio de efecto túnel se debería observar este mismo efecto al cambiar la sección de un contacto nanométrico o nanocable de unos átomos (1 nanómetro es igual a 0,000000001 metros). Datos de Jim Gimzewsky (IBM) ya apuntaban en esa dirección. Un contacto de estas dimensiones se puede obtener con una punta metálica extremadamente afilada (como las del microspio de efecto túnel) y un metal, de forma similar a cuando se mete y se saca un dedo en un queso blando.

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La idea es que el electrón, al ser como una onda, tiene cierto tamaño y pasa o no pasa por el nanocable si su longitud de onda se ajusta a la sección del cable o_no. Esto es parecido a lo que pasa en una fibra óptica con la luz. in boca de mi colega Manuel Nieto-Vesperinas (en un artículo que aparece en Photonic News): "Los nanocables metálicos son guías de onda para electrones de un nanómetro debido a que la longitud de onda de los electrones es aproximadamente 0,5 nanómetros". Otro símil es el de un instrumento musical: los saltos en la corriente son los tonos graves, agudos, etcétera. ¡Imagínense ustedes flautas de dimensiones atómicas!

Efectos cuánticos en la corriente ya fueron- observados en dispositivos semiconductores por un grupo holandés y otro inglés. Lo que ocurre en este caso es que las longitudes de onda son 100 veces mayores y las guías de onda son microscópicas, y por tanto se pueden fabricar contécnicas de microelectrónica hoy día convencionales. Aun así, dichos experimentos hay que llevarlos a cabo a - 270º C. Es obvio que hacer guías de onda para electrones en metales les un salto cualitativo importante en la miniaturización con respecto a la microelectrónica. Se llega a, la nanoelectrónica, la nanomecánica, la nanofricción, la nanotribología, etcétera. La ciencia y la tecnología en el nanómetro. En ésas estábamos en 1993, en una colaboración con el equipo de Arturo Baró y un grupo danés, utilizando microscopios de efecto túnel en medio ambiente y ultraalto vacío.

En 1993 y 1994 se presentaron resultados importantes y conseguimos efectos cuánticos a temperatura ambiente en la corriente cuando una punta superafilada se inyecta y se saca de un metal. Veíamos 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 electrón. En 1995, en un artículo en colaboración con U. Landman (Universidad de Atlanta) se mostraba que los nanocables que se forman están en acuerdo razonable con las simulaciones de ordenador realizadas mediante dinámica molecular. Más experimentos

En junio de este año. demostramos que los efectos cuánticos se pueden obtener de una manera mucho más sencilla, utilizando una resistencia, una pila y dos cables de uso doméstico. 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 más sofisticados desde perspectivas diferentes. Estabilidad de los nanocables, comportamiento del ruido en la corriente, conectores atómicos a temperatura ambiente, nanofricción a altas y bajas temperaturas, abordar el problema de la lubricación a escala atómica, transmisión de datos de alta frecuencia, etcétera.

Estos experimentos también tienen un interés educativo para estudiantes de COU y' Universidad. Se puede fomentar la inquietud hacia la ciencia. Como nuestros fondos de investigación son fundamentalmente públicos, si algún centro educativo o industrial, público o privado, quiere una demostración la haremos con gusto. 'Nuestros teléfonos son (91) 397 38 50 / 47 46 y fax: (91) 397 38 47. No tienen más que llamar y será gratuito. El sueldo que nos pagan lo incluye.