Efecte Túnel: Explicació, Funcionament i Aplicacions en Biologia

Efecte Túnel: Explicació i Funcionament

L'efecte túnel es manifesta quan una sonda amb una punta extremadament fina, composta per pocs àtoms, s'aproxima a una superfície modulada. Aquestes sondes són un subproducte de la indústria de xips. En tancar el circuit i aplicar una diferència de potencial entre la sonda i la mostra, i si la sonda s'aproxima prou perquè els orbitals dels àtoms de la superfície de la mostra i els de la sonda interaccionin, es genera un corrent quàntic. Aquesta corrent no és convencional; els electrons semblen 'saltar' a través de l'espai intermig, com un teletransport.

Una corrent convencional cremaria la mostra a causa de l'alta diferència de potencial necessària. Per utilitzar l'efecte túnel, es requereixen dues condicions:

• Proximitat extrema entre la sonda i la mostra, fins al punt que els orbitals es toquin.
• Una diferència de potencial adequada, suficient per generar el corrent quàntic sense provocar una corrent convencional.

Formació de la Imatge

La imatge es forma mitjançant un bucle de retroalimentació que manté constant la magnitud del corrent quàntic. A causa de la irregularitat de la superfície de la mostra, la sonda ha de pujar i baixar mentre es desplaça. Per mantenir el corrent constant, s'ha de mantenir la distància entre la sonda i la mostra, sense que es toquin físicament, només a nivell dels orbitals. La sonda (agulla) no malmet la mostra perquè no hi ha contacte físic. Això permet obtenir imatges amb una resolució extraordinària.

Reptes en Mostres Biològiques

Tot i que no hi ha problemes significatius amb mostres no biològiques en estat sòlid, les mostres biològiques presenten diversos reptes. Les molècules que formen aquestes mostres són aïllants i condueixen molt malament l'electricitat. Per tant, és difícil trobar el corrent d'efecte túnel òptim: o bé és insuficient, o bé crema la mostra a causa d'una espurna. Si s'aconsegueix, es poden obtenir imatges espectaculars, com l'estructura de la doble hèlix de l'ADN.

L'aproximació entre la punta de la sonda i la mostra ha de ser tal que els orbitals entrin en contacte. Si la diferència de potencial és l'adequada, es produirà el corrent d'efecte túnel i la retroalimentació.

Si la sonda s'apropa massa, el corrent serà massa gran, i si s'allunya, s'anul·larà. Cal moure la sonda amunt i avall, variant la coordenada z. Les sondes solen tenir forma piramidal i estan fetes de silici.