Física mesoscópica
La física mesoscópica és una subdisciplina de la física de la matèria condensada que s'ocupa de materials de tamany intermig. Estos materials varien en tamany entre la nanoescala per a una cantitat d'àtoms (com una molècula) i els materials que medixen micrómetros.cita requerida El llímit inferior també es pot definir com el tamany dels àtoms individuals. A nivell micrométrico es troben els materials a granel. Tant els objectes mesoscópicos com macroscòpics contenen molts àtoms. Mentres que les propietats promig derivades dels seus materials constituents descriuen objectes macroscòpics, ya que generalment obedixen a les lleis de la mecànica clàssica, un objecte mesoscópico, pel contrari, es veu afectat per fluctuacions tèrmiques al voltant de la mija, i el seu comportament electrònic pot requerir modelació a nivell de mecànica quàntica.[1][2]
Un dispositiu electrònic macroscòpic, quan es reduïx a un tamany mesoscópico, comença a revelar propietats mecàniques quàntiques. Per eixemple, a nivell macroscòpic, la resistència elèctrica d'un aram aumenta contínuament en el seu diàmetro. No obstant, a nivell mesoscópico, la conductància del cable està quantificada: els auments ocorren en passos complets discrets o individuals. Durant l'investigació, els dispositius mesoscópicos es construïxen, medixen i observen experimental i teòricament per a alvançar en la comprensió de la física d'aïllants, semiconductors, metals i superconductores. La ciència aplicada de la física mesoscópica s'ocupa del potencial de construir nanodispositivos.
La física mesoscópica també aborda problemes pràctics fonamentals que ocorren quan es miniaturiza un objecte macroscòpic, com ocorre en la miniaturisació de transistors en l'electrònica de semiconductors. Les propietats mecàniques, químiques i electròniques dels materials canvien a mida que el seu tamany s'acosta a la nanoescala, a on el percentage d'àtoms en la superfície del material es torna significatiu. Per a materials a granel de més d'un micrómetro, el percentage d'àtoms en la superfície és insignificant en relació en el número d'àtoms en tot el material. La subdisciplina s'ha ocupat principalment d'estructures artificials de metal o material semiconductor que s'han fabricat per mig de les tècniques empleades per a produir circuits microelectrónicos.[1][2]
No existix una definició rígida per a la física mesoscópica, pero els sistemes estudiats estan normalment en el ranc de 100 nm (el tamany d'un virus típic ) a 1000 nm (el tamany d'una bactèria típica): 100 nanómetros és el llímit superior aproximat per a una nanopartícula. Per tant, la física mesoscópica té una estreta conexió en els camps de la nanofabricación i la nanotecnología. Els dispositius utilisats en nanotecnología són eixemples de sistemes mesoscópicos. Tres categories de nous fenomens electrònics en tals sistemes són els efectes d'interferència, els efectes de confinament quàntic i els efectes de càrrega.[1][2]
Efectes de confinament quàntic
[editar | editar còdic]Els efectes del confinament quàntic descriuen els electrons en térmens de nivells d'energia, pous de potencial , bandes de valència, bandes de conducció i breches de bandes d'energia d'electrons.
Els electrons en materials dielèctrics a granel (majors de 10 nm) poden descriure's per mig de bandes d'energia o nivells d'energia d'electrons. Els electrons existixen en diferents nivells o bandes d'energia. En els materials a granel, estos nivells d'energia es descriuen com a continus perque la diferència d'energia és insignificant. A mida que els electrons s'estabilisen en varis nivells d'energia, la majoria vibra en bandes de valència per baix d'un nivell d'energia prohibit, denominat banda prohibida. Esta regió és un ranc d'energia en el que no existixen estats d'electrons. Una cantitat menor té nivells d'energia per damunt de l'espai prohibit, i esta és la banda de conducció.
L'efecte de confinament quàntic es pot observar una volta que el diàmetro de la partícula és de la mateixa magnitut que la llongitut d'ona de la funció d'ona del electró.[3] Quan els materials són tan menuts, les seues propietats electròniques i òptiques es desvien substancialment de les dels materials a granel.[4] A mida que el material es miniaturiza cap a la nanoescala, la dimensió de confinament disminuïx naturalment. Les característiques ya no es promedian per volum i, per lo tant, són contínues, sino que estan al nivell de quants i, per tant, són discretes. En atres paraules, l'espectre d'energia es torna discret, medit com quants, en lloc de continu com en els materials a granel. Com a resultat, la banda prohibida s'afirma: hi ha una chicoteta i finita separació entre els nivells d'energia. Esta situació de nivells d'energia discrets es denomina confinament quàntic.
Ademés, els efectes del confinament quàntic consistixen en illes aïllades d'electrons que poden formar-se en l'interfaç patró entre dos materials semiconductors diferents. Els electrons solen estar confinats a regions en forma de disc denominades punts quàntics. El confinament dels electrons en estos sistemes canvia significativament la seua interacció en la radiació electromagnètica, com es va senyalar anteriorment.[5][6]
Degut a que els nivells d'energia electrònica dels punts quàntics són discrets en lloc de continus, l'adició o substracció de solament uns pocs àtoms al punt quàntic té l'efecte d'alterar els llímits de la banda prohibida. El canvi de la geometria de la superfície del punt quàntic també canvia l'energia de la banda prohibida, degut novament al chicotet tamany del punt i a los efectos de el confinament quàntic.[5]
Efectes d'interferència
[editar | editar còdic]En el règim mesoscópico, la dispersió de defectes, com les impurees, induïx efectes d'interferència que modulen el fluix d'electrons. La firma experimental dels efectes d'interferència mesoscópica és l'aparició de fluctuacions reproduibles en cantitats físiques. Per eixemple, la conductància d'una mostra determinada oscila de forma aparentment aleatòria en funció de les fluctuacions dels paràmetros experimentals. No obstant, el mateix patró es pot tornar a traçar si els paràmetros experimentals tornen als seus valors originals; de fet, els patrons observats són reproduibles durant un periodo de dies. Estos es coneixen com a fluctuacions de conductància universal.
Vore també
[editar | editar còdic]- Efecte Aharonov-Bohm
- Efecte Hall quàntic
- Fil quàntic
- Màquina molecular
- Matriu aleatòria
- Nanomaterial
- Nanotecnología
- Nivell mesoscópico
- Transport balístic
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ 1,0 1,1 1,2 Sci-Tech Dictionary. McGraw-Hill Dictionary of Scientific and Technical Terms. 2003. McGraw-Hill Companies, Inc
- ↑ 2,0 2,1 2,2 "Mesoscopic physics." McGraw-Hill Encyclopedia of Science and Technology. The McGraw-Hill Companies, Inc., 2005. Answers.com 25 Jan 2010. http://www.answers.com/topic/mesoscopic-physics-1
- ↑ (2001) vore-nanostructured-materials-and-devices-proceedings-of-the-international-symposium/oclc/49051457 Quàntum confinement VI: nanostructured materials and devices : proceedings of the international symposium (en anglés), Electrochemical Society. OCLC 49051457. ISBN 978-1-56677-352-2.
- ↑ Haug, Hartmut; Koch, S. W (1994). Quàntum theory of the optical and electronic properties of semiconductors (en anglés), World Scientific. OCLC 32264947. ISBN 978-981-02-2002-0.
- ↑ 5,0 5,1 Quàntum dots
- Archivat el 9 de giner de 2015 archivat en Wayback Machine.. 2008 Evident Technologies, Inc.
- ↑ Physical Review Letters.93
- 106802.ISSN 0031-9007.doi:10.1103/PhysRevLett.93.106802.Consultat el 2021-03-10.
Referències
[editar | editar còdic]
- Este artícul conté una traducció derivada de «Física mesoscópica» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.