El físico francés L. De Broglie se sumó en 1923 al debate sobre la dualidad onda partícula asociada con la interpretación de los experimentos que trataban de puntualizar sobre el origen de la luz. De Broglie indicó que a toda partícula puede asociársele una determinada longitud de onda λ según la relación:
donde p es el impulso lineal de la partícula y h la constante de Plank. Si la longitud de onda es similar al tamaño de la partícula, entonces podremos esperar que esta partícula se comporte en parte como onda y como un objeto material.
Por ejemplo, podría entonces pasar que al hacer incidir esta partícula por un orificio estrecho se observe a continuación en una pantalla contigua sensible a la presencia de estas partículas la aparición de un patrón de difracción que revelaría un comportamiento ondulatorio por parte de la susodicha partícula. Si por el contrario la longitud de onda es despreciable frente al tamaño de la partícula, no se esperaría observar un comportamiento propio de una onda.
El hecho de que la constante de Plank sea "pequeña" (6.6 x 10-34 J s) hace que las propiedades ondulatorias de la materia sean despreciables en el mundo macroscópico, mientras que si consideramos partículas de dimensiones atómicas esta dualidad en su naturaleza se manifestará más claramente.
En este mismo sentido, si tomamos un cubo de oro de 2 cm de lado y lo dividimos en 8 cubos de 1 cm de lado no esperaríamos que los cubos más chicos tengan propiedades diferentes que las que tenía el cubo grande, como por ejemplo, su conductividad eléctrica o su color. De igual modo, si volvemos a dividir los cubos pequeños en otros 8 cubos no esperamos que sus propiedades cambien. Si pudiéramos realizar esta tarea unas 20 veces, nuestros cubitos tendrían dimensiones nanométricas y sorprendentemente podríamos comprobar que sus propiedades ya no son las mismas que poseían sus antecesores. Para el caso particular del oro, su color puede ser naranja, púrpura, rojo o verde dependiendo de su forma y tamaño. Lo mismo puede ocurrir con su conducción eléctrica, la transmisión del calor, etc. Los electrones confinados en un material de dimensiones nanométricas van a manifestar propiedades más cercanas a las que tienen cuando orbitan un núcleo atómico (por ej.: estados de energía discretos) que las que observamos en un material de mayores dimensiones, con propiedades descriptas por la mecánica clásica.
Desde el punto de vista de la tecnología, manejar las propiedades de la materia en la escala nanométrica es un desafío de suma actualidad, no sólo por las propiedades novedosas que puedan emerger de la nueva tecnología, sino por los límites que ya está alcanzando la miniaturización de la microelectrónica (presente en las computadoras, celulares y en cualquier equipamiento electrónico). La conocida ley de Moore indica que el tamaño que ocupa un transistor en un microchip decrece a la mitad cada 18 meses. Esta ley empírica, que viene verificándose desde 1970, predice que entre los años 2005 y 2010 los transistores deberían alcanzar escalas nanométricas. Esto en definitiva impone una barrera en el desarrollo de la microelectrónica, ya que los transistores no pueden hacerse de dimensiones nanométricas, no por la incapacidad técnica de construirlos tan pequeños sino porque simplemente no van a funcionar como debieran al modificarse su comportamiento por los efectos cuánticos. Será entonces necesario producir una revolución en la microelectrónica de manera de aprovechar las nuevas propiedades que puedan emerger a través del conocimiento que pueda generar la ciencia básica, con el fin de aprovechar el comportamiento cuántico de las partículas en la escala nanométrica.
Imagen obtenida por microscopía STM del corralito armado gracias a 48 átomos de Fe que atrapan en su interior a los electrones del susbtrato de Cu. Se observan las ondas estacionarias ligadas a los estados electrónicos atrapados en el interior de este corral, así como también las ondas generadas en su exterior.
Aderlis S. Marquez G
EES Seccion 2
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