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III. El Microscopio de Efecto túnel

Podríamos definirlo como una máquina capaz de revelar la estructura atómica de las partículas. Las técnicas aplicadas se conocen también como "de barrido de túnel" y están asociadas a la mecánica cuántica. Se basan en la capacidad de atrapar a los electrones que escapan en ese efecto túnel, para lograr una imagen de la estructura atómica de la materia conuna alta resolución, en la que cada átomo se puede distinguir de otro. 
Una vez llevado el proceso en le microscopio, escaneando la superficie del objeto y haciendo un mapa de la distancia entre varios puntos, se genera una imagen en tres dimensiones. Los microscopios de efecto túnel también han sido utilizados para producir cambios en la composición molecular de las sustancias. Es un instrumentofundamental en el campo de la nanotecnología y la nanociencia. 
El microscopio de tunelaje exploratorio o MTE, el cual nos permite obtener imágenes altamente detalladas de superficies con resoluciones comparables al tamaño de un solo átomo. 
El tamaño del detalle más pequeño que puede distinguirse (resolución) es del orden de los 0.2 nm. En un microscopio ordinario, la resolución está limitadapor la longitud de onda de las ondas usadas para hacer la imagen. De tal modo, un microscopio óptico no tiene una resolución mejor que 200 nm, casi la mitad de la longitud de onda visible. Los microscopios electrónicos pueden tener una resolución de 0.2 nm empleando ondas electrónicas de esta longitud de onda, dada por la formula de De Broglie: 

El momento del electrón p requerido para produciresta longitud de onda es de 10000 eV/c, lo que corresponde a una velocidad del electrón de 2% de la velocidad de la luz, los electrones que viajan a esta velocidad penetrarían en el interior de una superficie y no podrían brindarnos información acerca de los átomos de la superficie individuales. 
El MTE alcanza su muy fina resolución empleando una sonda de conducción con una punta muy afilada seacerca a la superficie que se va a estudiar. 
Debido a que es atraída hacia los iones positivos en la superficie, un electrón en la superficie tiene una energía total menor que un electrón en el espacio vacío entre la superficie y la punta. Lo mismo es cierto para un electrón en la punta de la sonda, el cual es atraído hacia los iones positivos en la punta. 
En la mecánica newtoniana, estosignifica que los electrones no pueden moverse entre la superficie y la punta debido a la carencia de energía para escapar de cualquier material. Debido a que los electrones obedecen a la mecánica cuántica, sin embargo ellos pueden “tunelar” a través de la barrera del espacio vacío. Aplicando un voltaje entre la superficie y la punta, puede hacerse que los electrones realicen el tunelajepreferencialmente desde la superficie hasta la punta. 
En esta forma, la punta muestrea la distribución de los electrones justo arriba de la superficie. 
Debido a la naturaleza del tunelaje, el MTE es muy sensible a la distancia z de la punta de la superficie. La razón es que en el espacio vacío entre la punta y la superficie, la función de onda del electrón disminuye exponencialmente con una longitud dedecaimiento del orden de 0.1 nm, esto es, la función de onda disminuye a lo largo de esa distancia. Para distancias z mayores que 1 nm(es decir más allá de unos cuantos diámetros atómicos), en esencia no ocurre tunelaje. 
Este comportamiento exponencial ocasiona que la corriente de electrones que efectúa el tunelaje de la superficie a la punta dependa fuertemente de z. esta sensibilidad es la base deoperación del MTE: monitoreando la corriente de tunelaje cuando la punta explora la distribución de electrones en la superficie. El MTE puede medir la altura de los rasgos de la superficie hasta dentro de 0.001 nm que es aproximadamente 1/100 de un diámetro atómico. 



Esquema de funcionamiento de un microscopio de efecto túnel

En una instalación cuyo fin es tomar medidas en escala...