Nanotecnología

El microscópico electrónico es una aplicación valiosa de las propiedades ondulatorias de los electrones porque genera imágenes de los objetos que no pueden verse a simple vista o con el microscopio de luz. Según las leyes de la óptica, es imposible formar una imagen de un objeto de dimensiones inferiores a la mitad de la longitud de onda de la luz empleada para observarlo. Dado que el intervalo de longitudes de onda de la luz visible comienza alrededor de 400 nm o 4×10^-5 cm, no es posible ver algo que mida menos de 2×10^-5 cm.

En principio, con los rayos X podemos ver objetos en la escala atómica y molecular porque sus longitudes de onda están entre 0,01 y 10 nm. Sin embargo, no es posible enfocar los rayos X, y las imágenes que se obtienen son difusas.Por otro lado, al ser partículas cargadas, los electrones se enfocan aplicando un campo eléctrico o un campo magnético, de la misma forma como se enfoca una imagen en la pantalla de televisión. Según la mecánica cuántica la longitud de onda de un electrón esta en proporción inversa con su velocidad. Si los electrones se aceleran a grandes velocidades, se obtienen longitudes de onda tan cortas como 0,004 nm.

Otro tipo de microscopio electrónico, denominado microscopio túnel de barrido (STM, por sus siglas en inglés), utiliza otra propiedad de la  mecánica cuántica para generar imágenes de los átomos de la superficie de una muestra, del electrón escapaz de cruzar una barrera de energía por efecto túnel .En el STM la fuente de electrones es una aguja de un material metálico (muchas veces de tungsteno) con una punta muy fina. Entre la aguja y la superficie de la muestra se mantiene un voltaje que permite a los electrones atravesar la barrera de potencial. Cuando la aguja pasa sobre la superficie de la muestra a unos cuantos diámetros atómicos de distancia, se mide la corriente túnel. Esta corriente decae exponecialmente con el aumento de la distancia entre la aguja y la muestra. Con un circuito de retroalimentación, se ajusta la posición vertical de la punta para mantenerla a una distancia constante de la superficie de la muestra. La magnitud de estos ajustes da un perfil de la muestra, lo cual se registra y se proyecta como una imagen tridimensional con colores falsos. El microscopio electrónico y el STM forman parte de las herramientas más poderosas en la investigación en nanotecnología.

El premio Nobel de Física de 1986 supuso un homenaje a las técnicas de microscopía modernas. En efecto, E. Ruska recibió la mitad del mencionado premio por su trabajos en óptica electrónica y el diseño del primer microscopio electrónico. La otra mitad del premio se concedió a Bining y Rohrer por el diseño del microscopio de efecto túnel (Scanning Tunneling Microscope, STM).

Ruska nació en 1905 en Heidelberg y murió en 1988 en Berlín. En 1931 construyó, tras varios estudios teóricos, la primera lente electrónica y en 1933 el primer microscopio de este tipo. En 1937 comenzó a trabajar para la compañía Siemens, que dos años después comercializó el primer microscopio electrónico basándose en sus trabajos. Ruska permaneció en la Siemens hasta 1955, fecha en la que pasó a dirigir el Instituto Fritz Haber, cargo que simultaneó con el de profesor de la Universidad Técnica de Berlín. El microscopio construido por Ruska es de los denominados de transmisión (TEM, Transmission Electron Microscope) y supuso un avance fundamental para el conocimiento de la estructura de la materia. De hecho, el microscopio electrónico está considerado como uno de los inventos más importantes del siglo XX y hoy en día es una herramienta ampliamente utilizada por físicos, químicos, biólogos e ingenieros.

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