¿Cuándo y dónde los iones ceden electrones a la materia?
Escrito por Kanijo en Física, Química
Investigadores del Centro de Microanálisis de Materiales (CMAM-UAM), del Parque Científico de Madrid (PCM) y del Instituto de Microelectrónica de Madrid (IMM-CSIC) han desarrollado un método para resolver el enigma de cuándo y dónde los iones ceden sus electrones a un cristal.
Las técnicas de Haces de Iones, conocidas por sus siglas en inglés IBA (“Ion Beam Analysis”), se emplean rutinariamente en muchas ramas del saber tales como Física, Nanotecnología, Bellas Artes, Medioambiente, Geología o Biomedicina y Biología. En éstas técnicas, iones acelerados son utilizados como sonda para obtener información de una muestra objeto de estudio, al igual que la luz visible constituye la sonda en un microscopio óptico. Los haces de iones también se utilizan como elemento modificador de las propiedades de muchos materiales, tales como semiconductores, fibras ópticas o sistemas multicapas.
Aunque técnicas maduras, el número y diversidad de sus aplicaciones continúa aumentando. Sin embargo, aún persiste una importante carencia de conocimientos en muchos aspectos fundamentales. Uno de estos aspectos, son los momentos iniciales de la interacción del ión con un sólido, en particular el despojamiento de los electrones del ión por parte de las primeras capas atómicas del blanco.
Este no es un problema nuevo. En 1948, Bohr propuso el criterio que daba las condiciones bajo las cuales el proyectil cedería electrones al blanco, básicamente, que la velocidad orbital del electrón fuese menor que la velocidad del ión. Desde entonces se asume que la cesión de electrones tiene lugar en la superficie del sólido, pero no existe información sobre los detalles del proceso o el papel desempeñado por la estructura del blanco. Existe el consenso de que al entrar en el blanco, los iones experimentan una rápida pérdida de electrones, pero el problema de dónde y cómo ocurre esta pérdida, continúa abierto. En la literatura científica, este hecho es obviado y sencillamente se menciona que el proceso ocurre “después de atravesar una cuantas capas atómicas” o “en muy poco tiempo, << 10-15 s (o una milmillonésima de segundo)”.
El grupo de investigación del Prof. David Martín y Marero (UAM y PCM) y científicos del IMM (CSIC), han desarrollado un método que arroja luz sobre estos instantes iniciales. Utilizando el acelerador de iones del Centro de Microanálisis de Materiales (CMAM), emplearon iones moleculares en vez de atómicos. Los iones moleculares están constituidos por varios átomos y por lo tanto, al perder electrones en la muestra, se generan fuerzas repulsivas entre los constituyentes de la molécula, los cuales se distancian rápidamente. Éste fenómeno, se denomina Explosión de Coulomb.
El método ha permitido conocer por primera vez el número promedio de electrones que los iones van cediendo a los átomos de la red cristalina y a partir de allí dónde y cuándo ocurre esa cesión. Los resultados, publicados en Physical Review B, demuestran que la cesión de electrones ocurre de forma ordenada y que el número cedido depende de un parámetro característico del material.
El acelerador del CMAM constituye una herramienta única para áreas como las mencionadas más arriba, encontrándose disponible a investigadores académicos y empresas públicas o privadas. Para mayor información sobre el acelerador, contacte con el Director Científico de la Unidad de Microanálisis de Materiales del PCM (David Martín y Marero), el cual discutirá la idoneidad del acelerador para su problema concreto.
Fecha Original: 1 de febrero de 2010
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Cuando tratamos con fenómenos de la mecánica cuántica nada, en absoluto, nos pouede sorprender, y, de la mano de éste saber, vendrán muchos logros de la Humanidad que, de manera irreversible tiene que profundizar en el universo de lo muy pequeño para saber lo que ocurre en el universo de lo muy grande.
Si decimos ion, nos estamos refiriendo a un átomo o a un grupo de átomos que o bien a perdido uno o más electrones, quedando cargado positivamente (catión), o bien a ganado uno o más electrones, quedando cargado negativamente (anión).
Si hablamos de ionización nos estaremos refiriendo al proceso de producir iones. Ciertas moléculas se ionizan en las disoluciones; por ejemplo, los ácidos se ionizan cuando son disueltos en agua.
La transferencia de electrones también causa ionización en ciertas reacciones; por ejemplo, el sodio y el cloro reaccionan por transferencia de un electrón de valencia del átomo de sodio al átomo de de cloro para formar iones que constituyen el cristal de cloruro de sodio.
Los iones también pueden ser formados cuando un átomo o molécula pierde uno o más electrones, como resultado de una ganancia de energía en una colisión con otra partícula o un cuanto de radiación (fotoionización). Esta puede ocurrir comno resultado del impacto de la radiación ionizante o de la ionización térmica. Alternativamente, también pueden formarse iones por la captura de electrones.
Está claro que corresponde a la Física estudiar con el mayor rigor posible fenómenos de diversa índole que ocurren en la Naturaleza y que, de alguna manera, podemos imitar en nuestros laboratorios. En general, las leyes que gobiernan estos fenómenos, aunque casi siempre son bien distintas y hacen que las diferentes ramas de la Física, dedicadas a su estudio, parezcan completamente inconexas. Sin embargo, en no pocas ocasiones, aparecen conexiones que nos llevan a pensar en que, en lo más profundo de estas leyes, subyace un mensaje común.
Investigaciones y trabajos como los que arriba nos muestran son del máximo interés en el campo de la física. Son muchas las aplicaciones que en la vida cotidiana podemos hacer del resultado obtenido de estos estudios, y, desde luego, la salud no se podía quedar fuera y existen tratamientos de tumores mediante radiaciones ionizantes. El más extendido: radioterapia con aceleradores lineales de electrones.
En Física, tenemos que estar atentos a todo lo que se mueva y no perder de vista ni la causalidad ni la ruptura de simetrías. Cuando algo ocurre nos tenemos que preguntas ¿que pasó antes?