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Tuesday, October 19, 2010

Es posible el efecto túnel de fonones a través del vacío


El efecto túnel tiene uno de los nombres más descriptivos en Física. Según la Mecánica Cuántica una partícula puede pasar de una región en donde está a una energía dada a otra a través de otra región (la barrera de potencial) en donde el potencial de energía tiene una energía superior al que tiene la propia partícula. Es como si tomara un préstamo de energía durante un corto tiempo que luego devuelve sin intereses. El paso de un lado a otro se da con una probabilidad que depende de la anchura y altura de la barrera. Esto, desde el punto de vista clásico, es imposible. Es como si un automóvil fuera de un lado a otro de una montaña con menos gasolina de la necesaria para subir esa montaña, de ahí lo de llamarlo efecto "túnel".
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El efecto túnel se ha observado muchas veces. Incluso se han fabricado multitud de microscopios que ven a escala atómica basados en este efecto. La manera más sencilla de observar el efecto es con electrones y campos eléctricos que permiten modificar a voluntad la anchura y altura de la barrera de potencial. Pero también se ha observado con pares de Cooper, asociaciones que producen el efecto túnel superconductor (y que no tiene "pérdidas").

Ni siquiera hace falta que haya partículas en movimiento para que se dé este efecto. Así por ejemplo, un nanotrocito de material magnético puede invertir su polaridad espontáneamente por efecto túnel, algo que pone límites al tamaño de los bits de nuestros discos duros.

Veamos ahora en qué consisten los fonones. Los fonones son vibraciones de la red cristalina. La materia casi siempre se ordena en forma de cristales, aunque éstos no sean necesariamente transparentes. Como los átomos que forman la red están ordenados es muy fácil para los fonones viajar a través de la red.

Estas vibraciones son las que transmiten el calor en un sólido no metálico. Por eso el diamante (un cristal) conduce el calor mucho mejor que el vidrio (un amorfo). Desde el punto de vista cuántico se puede considerar que estas vibraciones son partículas o pseudopartículas, cuantos de energía vibracional.

El flujo de calor de un objeto a otro cuando están en contacto depende de estos fonones. Así, si un objeto está más caliente que otro se transfieren fonones del primero al segundo. Si no se tocan no hay posibilidad de que haya esa transferencia de fonones y por tanto de calor, sobre todo si no hay aire entre medias. Otra posibilidad es que un objeto por estar por encima del cero absoluto emita radiación electromagnética (fotones) que vaya a otro objeto y que así transfieran calor.

Un termo tiene una separación de vacío para evitar el primer caso y una superficie espejada para reflejar los fotones en el segundo caso. Además está hecho de vidrio que es un amorfo. Por eso el café se conserva caliente durante mucho tiempo.

El caso es que hasta ahora se creía que era imposible que los fonones viajaran de un material a otro a través del vacío. Esa franja de ausencia de materia o zona prohibida no permitiría a las vibraciones pasar de un lado a otro, independientemente de la energía que tuvieran. Sería una franja totalmente prohibida, una barrera de altura infinita.

Ahora resulta que no es así y que los fonones pueden viajar a través de la nada de un lugar a otro por efecto túnel. Al menos así lo parecen indicar los resultados experimentales obtenidos por el grupo de Igor Altfeder en el Air Force Research Laboratory de Ohio.

En su montaje experimental midieron el flujo de calor entre una punta de platino iridiado de un microscopio de efecto túnel mantenida a temperatura ambiente y una superficie de oro a temperatura más baja. La distancia entre la punta y la superficie era de 0,3 nm y la temperatura del oro se mantuvo a 90, 150 y 210 grados Kelvin.

La energía térmica trasferida a través de la separación excedió la radiación de Planck en 2/v2 = 1010. Esto significaría que el átomo de la punta disiparía el calor 1010 veces más rápido de lo normal, mediante la generación de fonones en el oro y no debido a la emisión de radiación electromagnética (fotones) a través del vacío como antes se creía. Es decir, la transferencia de calor se hacía a través de vibraciones (a través de la nada) y no por radiación.

Para poder medir todo esto los investigadores usaron los electrones que, de la manera habitual, pasan por efecto túnel entre la punta y el substrato. Éstos se ven afectados por las vibraciones térmicas y, cambiando el potencial eléctrico entre la punta y la superficie, se pueden tomar distintas medidas, entre ellas la temperatura de la punta.

Según estos investigadores el efecto túnel de fonones está controlado por el campo eléctrico entre los dos objetos, ya que se produce una "imagen" eléctrica de la punta sobre la superficie y ambos vibran al unísono. La parte del oro justo debajo de la punta vibra al mismo ritmo que la punta, creándose una imagen del átomo de arriba sobre la superficie y es esta imagen la que va disipando estas vibraciones inducidas (fonones) en el seno del oro.

Este resultado tendría implicaciones para futuros dispositivos a escala pequeña, como en el caso del transporte interfacial, en los dispositivos termoeléctricos, y en el diseño de futuros circuitos moleculares

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Pensamiento de hoy

febrero, 2008
Aprender sin pensar es tiempo perdido, pensar sin aprender es peligroso.
Confucio, filósofo chino.


"No hay viento favorable para el que no sabe a dónde va" (Séneca)

Camuflaje OVNI

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En nuestro mundo, una de las facultades que más nos asombra del mundo animal es la llamada mimetismo. Esta es la capacidad de los organismos vivos para pasar inadvertidos para los depredadores. Las variantes son múltiples, desde cambiar el color del pelaje, confundiéndose con su medio, hasta el de adquirir las formas de su entorno, incluso cuando nosotros mismos observamos el comportamiento de animales de nuestro interés, utilizamos el recurso del camuflaje. En la guerra la invisibilidad es una premisa, es por eso que la nación que logre duplicar el camuflaje OVNI obtendrá todas las ventajas sobre su enemigo. Actualmente existen naves invisibles, por lo menos para el radar, como el llamado Stealth Fighter, que por su diseño y pintura especial pasa inadvertido para los radares.

Einstein, en una de sus teorías afirmaba que mediante procesos magnéticos haciendo vibrar un objeto, esté podría desplazar el espectro electromagnético visible que despiden los objetos haciéndolos completamente indistinguibles para el ojo humano. Teoría que se probaría en el tristemente célebre experimento Filadelfia en 1947, con repercusiones bastante lamentables.

Los rayos infrarrojos y ultravioleta están por encima y por debajo, respectivamente, del espectro visible para el ojo humano. Para que una frecuencia infrarroja pueda ser perceptible son necesarios elementos ópticos y tecnológicos de los que carece el ojo humano, sin embargo, un ejemplo claro para poder realizarlo en nuestro hogar, basta colocar un telemando frente a una cámara de video y observarlo en el monitor de televisión.

Esto explicaría cómo aparece y cómo queda registrado en un video un OVNI, cuando al realizar la grabación éste no se observa y ni siquiera es el centro de atención. No obstante, este fenómeno también se produce en negativos fotográficos aun cuando este proceso (óptico químico) es diferente al video. Dando una idea de que si nuestras percepciones físicas no pueden detectar estos avistamientos, sí se cuenta con elementos para poder observarlos.

Otro tipo de camuflaje OVNI (al menos físico y visible), sería el de adoptar las formas del entorno atmosférico, en este caso nubes. Se han registrado avistamientos donde los observadores de estos fenómenos, ven claramente cómo las nubes tienen movimientos caprichosos en el cielo. Estos movimientos por cierto muy semejantes a los observados a través de la historia, donde incluso algunos casos se observan bajar entidades de las mismas.

Por otra parte, la misma maniobrabilidad de algunos OVNI´s hacen que pasen desapercibidos para algunos instrumentos de detección, esto como es de suponerse, sólo es necesario hallarse fuera del campo que cubre un radar, colocándose por encima o por debajo para pasar inadvertido. En medio de estos parámetros explicativos queda otra interrogativa, ¿se pueden ver o fotografiar entidades que se desarrollan en un plano de tres dimensiones? No, no se puede, ya que no obedecen las leyes físicas y ópticas del mismo comportamiento que conocemos, haciendo imposible dejar constancia en una placa o en un video, al menos con la óptica terrestre tal y como la conocemos.

Como se podrá deducir entonces, el hecho de que observemos OVNI´s en el cielo, sólo puede tratarse de un acto consciente de ser observados y enterarnos que allá arriba está sucediendo algo.