Nanoestructuras: Unidades de longitud en la nanotecnología

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UnADM
Materiales y Nanotecnología
Unidad 2
Actividad 2
“Nanoestructuras”
Alumno: Felipe Valencia Rivera AL12533042
Docente: Mtra. Marion Zulema Armas Velázquez
Ciudad de México, marzo de 2016

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Nanoestructuras
Respuesta de la primera parte (Resumen):

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Respuestas de la segunda parte:

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Valor Símbolo Nombre
10−1 m dm decímetro
10−2 m cm centímetro
10−3 m mm milímetro
10−6 m µm micrómetro (micrón)
10−9 m nm nanómetro
10−12 m pm picómetro
1 metro equivale a:

 10 dm
 100 cm
 1 000 mm
 1 000 000 μm
 1 000 000 000 nm
 10 000 000 000 Å
 1 000 000 000 000 pm
Metro
a) Su símbolo: m
b) Su prefijo: metro
c) Su escala corta y su escala larga: metro
d) Su representación decimal: Depende, con respecto al Km es 0.001 Km
e) Su representación contraída en número. Se puede representar de varias formas dependiendo, 1 x 10-3
Km, por ejemplo.

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¿Cuál es la incertidumbre?
Fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/Metro
Explicar con palabras a cuánto equivale esa cantidad.
Para el caso del metro es cuando se divide un kilómetro en 1000, es decir, es la milésima parte de un kilómetro, o
también se podría explicar diciendo que un metro es como dividir un kilómetro en mil partes, es decir corresponde a una
milésima parte de un kilómetro.
Tres ejemplos de objetos que se encuentren dentro de la escala que se esté mencionando (poner al menos una imagen) y comparar al
menos uno de los ejemplos con las dos escalas anteriores (igual buscar una imagen que lo ejemplifique).
Ejemplo 1:
Montaña más alta de la Tierra
Cien montañas más altas del mundo
Orden Cordillera Nombre Cordillera País Altura Prom. Montaña Primera Ascensiones Coordenadas

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Cien montañas más altas del mundo
(m)2 (m) padre ascensión (Fallidas)
001 Him-01 Everest Himalaya China
Nepal
8848 8848 No 1953 145 (121)
27°59′17″N86°55′31″E
2
Para Nepal, se han utilizado las alturas indicadas en el Mapa Topográfico del Nepal. Para China y el Baltoro Karakórum, se han usado las alturas del
“Mapa de montañas nevadas de China”. Para Hispar Karakórum, las alturas de un mapa topográfico ruso 1:100.000 [1] parecen ser más precisas que
alturas habituales tomadas probablemente de mapas del Ejército Estadounidense de los años 1950 [2]. Alturas indicadas en "High Asia", de Jill Neate, si
no hay otra indicación.
Fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/Anexo:Monta%C3%B1as_m%C3%A1s_altas_de_la_Tierra
Ejemplo 2:
La estatura promedio de los habitantes del Valle de México: 1.80 m
Ejemplo 3:
La longitud del METRO de la Línea 12: 100 m.
Decímetro
a) Su símbolo: dm
b) Su prefijo: deci
c) Su escala corta y su escala larga: décimo
d) Su representación decimal: 0.1
e) Su representación contraída en número: Se puede representar de varias formas dependiendo, 1x 10-1, por ejemplo.
Un proceso de medición no está completo si no viene acompañado de la estimación de la incertidumbre señalada del sistema.
Lo que no se puede medir (confiablemente), no se puede controlar...Si no se puede controlar, no se puede mejorar.

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En la práctica existen numerosas fuentes posibles de incertidumbre en una medición, entre ellas:
a) Definición incompleta del mensurando
b) Realización imperfecta de la definición del mensurando
c) Muestra no representativa del mensurando - la muestra analizada puede no representar al mensurando definido
d) Conocimiento incompleto de los efectos de las condiciones ambientales sobre la medición, o medición imperfecta de dichas condiciones
ambientales
e) Lectura sesgada de instrumentos analógicos, por parte del personal técnico
f) Resolución finita del instrumento de medida o umbral de discriminación
g) Valores inexactos de los patrones de medida o de los materiales de referencia
h) Valores inexactos de constantes y otros parámetros tomados de fuentes externas y utilizados en el algoritmo de tratamiento de los datos
i) Aproximaciones e hipótesis establecidas en el método y en el procedimiento de medida
j) Variaciones en las observaciones repetidas del mensurando, en condiciones aparentemente idénticas
Estas fuentes no son necesariamente independientes, y algunas de ellas, a) a i), pueden contribuir a la j). Por supuesto, un efecto sistemático
no identificado no puede ser tenido en cuenta en la evaluación de la incertidumbre del resultado de una medición, aunque contribuirá a su
error.
NOTA: esto aplica también para todas las medidas siguientes.
Para el caso del decímetro es cuando se divide un metro en 10, es decir, es la décima parte de un metro, o también se
podría explicar diciendo que un decímetro es como dividir un metro en diez partes, es decir corresponde a una décima
parte de un metro.
Ejemplo 1:

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El decímetro es una unidad de longitud (símbolo dm) que se mueve entre el centímetro y el metro, por lo que se ciñe a objetos
cotidianos, aunque no por ello se usa habitualmente, ya que se suele pasar de los centímetros a los metros.
Equivalencia del decímetro
Tomado de: http://www.cuanto.biz/2013/05/cuanto-equivale-un-decimetro.html
Si un objeto mide 2 decímetros, o un bebé tiene 3 decímetros y medio, se suele preferir usar únicamente los centímetros y decir que algo tiene 33
centímetros que es más cómodo.
Ejemplo 2:
Los decímetros no se suelen utilizar habitualmente, pero podrían valer la pena, por ejemplo, para medir el ancho de una puerta y el alto de una
puerta convencional de una casa.
Ejemplo 3:
Podemos afirmar que un prisma de un decímetro de base por un decímetro de altura es un decímetro cúbico porque resulta de multiplicar 3
veces el decímetro (largo X ancho X alto). La capacidad de agua que puede recoger ese prisma es de un litro y el peso de esa agua es un
kilogramo.
Centímetro

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a) Su símbolo: cm
b) Su prefijo: centi
c) Su escala corta y su escala larga: centésimo
e) Su representación contraída en número: Se puede representar de varias formas dependiendo, 1 x 10-2
, por ejemplo.
ambientales
error.

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Para el caso del centímetro es cuando se divide un metro en 100, es decir, es la centésima parte de un metro, o también
se podría explicar diciendo que un centímetro es como dividir un metro en cien partes, es decir corresponde a una
centésima parte de un metro.
Ejemplo 1:
La pértiga o garrocha es una barra cuya longitud suele estar entre 400 y 500 centímetros y que es usada en el salto con pértiga.
Fuente: https://edufisicazuldemayda.wordpress.com/unidad-didactica-i-atletismo/

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Ejemplo 2:
¿Qué longitud de bastón necesitamos? Esta medición se basa en la altura de la persona que va a usar el bastón.
Figura tomada de:

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http://www.babaik.es/blog/longitud-adecuada-de-los-bastones-de-trekking/
Solución:
Multiplica tu estatura por 0.67 y dado que los bastones se fabrican en tramos de 5cm, redondea el resultado a la medida más
próxima a un múltiplo de 5.
Por ejemplo, para una persona que mida 181cm:
181×0.67=121.27 que se redondea a 120 cm que es la medida de bastón más próxima y la que en principio necesitaría.
Ejemplo 3:
¿Cuánto mide la raqueta de tenis?
Hecha de fibra de carbono, cerámica o alguna otra aleación, la raqueta de tenis debe medir entre 27 y 27.5 pulgadas (68.58 a 69.85 cm). La medida de la
cabeza de la raqueta puede oscilar entre las 88 y 137 pulgadas cuadradas.

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Milímetro
a) Su símbolo: mm
b) Su prefijo: mili
c) Su escala corta y su escala larga: milésimo
e) Su representación contraída en número: Se puede representar de varias formas dependiendo de los ceros que se incluyan: 1 x 10-3
, por
ejemplo.
ambientales
error.

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Para el caso del milímetro es cuando se divide un centímetro en 10, es decir, es la décima parte de un centímetro, o
también se podría explicar diciendo que un milímetro es como dividir un metro en mil partes, es decir corresponde a una
milésima parte de un metro.
* Huevo de rana (aproximadamente 1 mm)
* Huevo de gallina (aproximadamente 10 mm)
Micrómetro
a) Su símbolo: μm
b) Su prefijo: micro
c) Su escala corta y su escala larga: millonésina
d) Su representación decimal: 0.000 001
e) Su representación contraída en número: Se puede representar de varias formas dependiendo, 1 x 10-6
, por ejemplo.

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ambientales
error.
Para el caso del micrómetro es cuando se divide un milímetro en 1000, es decir, es la milésima parte de un milímetro, o
también se podría explicar diciendo que un micrómetro es como dividir un milímetro en mil partes, es decir corresponde a
una milésima parte de un milímetro.
Ejemplo 1:
La cabeza del espermatozoide es de 5µm (micrómetro) de longitud y la cola de los espermatozoides alrededor de 60 µm de longitud.
En humanos, los glóbulos rojos miden de 7 a 9 micrómetros.
Fuente: Mendoza, Biología II, Trillas, México, 2009 (www.mendoza-sierra.org)
Ejemplo 2:

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Las dimensiones de los glóbulos rojos varían según la especie. En los animales domésticos, las dimensiones expresadas en micrómetros
son las siguientes: en el caballo, 6; en el mulo, 7; en el buey, 6; en el carnero, 5; en la cabra, 3.5; y en el cerdo 3.6.
Fuente: http://datateca.unad.edu.co/contenidos/201107/Exe_201107_subir%201/Exe_201107/leccin_1__clulas_sanguneas.html
Ejemplo 3:
Fuente:

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http://e-ducativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio/3250/3376/html/2_chale_un_vistazo_mirando_una_clula_de_cerca.html
Nanómetro
a) Su símbolo: nm
b) Su prefijo: nano
c) Su escala corta y su escala larga: mil millonésimo
e) Su representación contraída en número: Se puede representar de varias formas dependiendo: 1 x 10-9, por ejemplo.
ambientales

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error.
Para el caso del nanómetro es cuando se divide un metro en mil millones, es decir, es la milmillonésima parte de un
metro, o también se podría explicar diciendo que un nanómetro es como dividir un metro en mil millones de partes, es
decir corresponde a una milmillonésima parte de un metro.
Ejemplo 1:

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Fuente: https://www.google.com.mx/search?q=nanometro&biw=1280&bih=855&tbm=isch&imgil=Ris-
Ejemplo 2:

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Fuente:
https://www.google.com.mx/search?q=nanometro&biw=1280&bih=855&tbm=isch&imgil=Ris-
Ejemplo 3:

21
Fuente: https://www.google.com.mx/search?q=nanometro&biw=1280&bih=855&tbm=isch&imgil=Ris-
Angstron
a) Su símbolo: Å
b) Su prefijo: Angstron

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c) Su escala corta y su escala larga: diez mil millonésimo
e) Su representación contraída en número: Se puede representar de varias formas dependiendo: 1 x 10-9
, por ejemplo.
ambientales
error.

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Para el caso del angstron es cuando se divide un metro en diez mil millones, es decir, es la diez mil millonésima parte de
un metro, o también se podría explicar diciendo que un angstron es como dividir un metro en diez mil millones de partes,
es decir corresponde a una diez mil millonésima parte de un metro.
Ejemplo 1:
En el campo de la espectroscopia en la medición de longitudes de onda. El orden de los colores en la luz, dispuestos de
menor longitud de onda más larga, se llama el espectro visible de luz que va desde el violeta al rojo. Las longitudes de
onda de la luz están marcadas en el espectro visible en Angstroms.
Algunas longitudes de onda expresadas en Angstrom:
Espectro Longitud de onda (Å)
La radiación ultravioleta 3543
Verde 4770
Rojo 6231
Infrarrojo Cercano 7625
Infrarrojos 9134

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Fuente:
http://www.ecured.cu/Angstrom
Ejemplo 2:
El radio atómico de un átomo de helio es de 0.5 Å; la distancia de enlace de una molécula de hidrógeno (H2) es de 0.54 Å.
Por no ser una unidad de medida del Sistema Internacional, se recomienda su sustitución por los nanómetros.
Fuente: Sitio de ciencia-ficción. “Angstrom”. Extraído el 8 de marzo de 2016 de:
http://www.ciencia-ficcion.com/glosario/a/angstrom.htm
Ejemplo 3:
Aquí ejemplifico con lo siguiente:

25
Fuente:
Ramírez R. V. Manuel. “Cálculos en las reacciones y química en el carbono”. Extraído el 8 de marzo de 2016 de:
https://books.google.com.mx/books?id=r9NUCwAAQBAJ&pg=PA69&lpg=PA69&dq=angstrom+ejemplos&source=bl&ots=VIPgNBJFCQ
&sig=pETFcuRRI1WSZtiryICB_i7Ee54&hl=es&sa=X&ved=0ahUKEwjrqtm07bHLAhUGEJoKHfWYAlIQ6AEIYjAJ#v=onepage&q=ang
strom%20ejemplos&f=false:
Picómetro
a) Su símbolo: pm
b) Su prefijo: pico
c) Su escala corta y su escala larga: billonésimo.
e) Su representación contraída en número. Se puede representar de varias formas dependiendo, 1 x 10-12
, por ejemplo.

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ambientales
error.
Para el caso del picómetro es cuando se divide un metro en un billón, es decir, es la billonésima parte de un metro, o
también se podría explicar diciendo que un picómetro es como dividir un metro en un billón de partes, es decir
corresponde a una billonésima parte de un metro.
Ejemplo 1:
Con métodos de microscopía electrónica, científicos de Juelich han podido medir con precisión atómica distancias atómicas de unos pocos
picómetros (un picómetro es 10-12
m o una milésima parte de un nanómetro) usando nuevos métodos de microscopía electrónica de ultra alta
resolución.Esto permite encontrar parámetros decisivos que determinan las propiedades físicas de materiales directamente a nivel atómico.

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Fuente:
Mundo Nano | Noticias | Vol. 1, No. 1, Noviembre de 2008 | www.mundonano.unam.mx
Ejemplo 2:
El grafeno es una sustancia formada por carbono puro, con átomos dispuestos en patrón regular hexagonal, similar al grafito, pero en una hoja de
un átomo de espesor. Es muy ligero: una lámina de 1 metro cuadrado pesa tan sólo 0,77 miligramos. Se considera 200 veces más fuerte que el
acero y su densidad es aproximadamente la misma que la de la fibra de carbono, y es aproximada mente cinco veces más ligero que el acero.
Es un alótropo del carbono, un teselado hexagonal plano formado por átomos de carbono y enlaces covalentes que se generan a partir de la
superposición de los híbridos sp2 de los carbonos enlazados.
El Premio Nobel de Física de 2010 se les otorgó a Andréy Gueimy a Konstantín Novosiólov por sus revolucionarios descubrimientos acerca de
este material.
Mediante la hibridación sp2 se explican mejor los ángulos de enlace, a 120°, de la estructura hexagonal del grafeno.
Como cada uno de los carbonos contiene cuatro electrones de valencia en el estado hibridado, tres de esos electrones se alojan en los híbridos
sp2, y forman el esqueleto de enlaces covalentes simples de la estructura.

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El electrón sobrante se aloja en un orbital atómico tipo P perpendicular al plano de los híbridos. El solapamiento lateral de dichos orbitales da
lugar a formación de orbitales de tipo π. Algunas de estas combinaciones propician un gigantesco orbital molecular des localizado entre todos los
átomos de carbono que constituyen la capa de grafeno.
El nombre proviene de intercambio –en el vocablo grafito– de sufijos: «ito» por «eno»: propio de los carbonos con enlaces dobles.
En realidad, la estructura del grafito puede considerarse una pila de gran cantidad de láminas de grafeno superpuestas.
Los enlaces entre las distintas capas de grafeno apiladas se deben a fuerzas de Van der Waals e interacciones de los orbitales π de los átomos
de carbono.
A esta estructura también se le puede considerar una molécula aromática extremadamente extensa en las dos direcciones espaciales.
Es decir, sería el caso límite de una familia de moléculas planas de hidrocarburos aromáticos policíclicos denominada grafenos.
En el grafeno la longitud de los enlaces carbono-carbono es de aproximadamente 142 pm (picómetros).
Es el componente estructural básico de todos los demás elementos grafíticos, incluidos el propio grafito, los nanotubos de carbono y
los fullerenos. /Wikipedia.
Fuente:
Lozada H. Marcelo. ”EL MEXICANO QUE TRABAJA CON PREMIOS NOBEL EN INGLATERRA”. Consultado el 8 de marzo de 2016 de:
http://editorialavilamartinez.blogspot.mx/2015/05/marcelo-lozada-hidalgo-el-mexicano-que.html
Ejemplo 3:
Ilustro este ejemplo con el siguiente artículo:
“La historia del transistor de un sólo átomo”
Con el impacto de las telecomunicaciones sobre nuestras vidas y gracias a la propagación del conocimiento, posible gracias a esos
medios, estamos en contacto en tiempo real con los investigadores y tecnólogos. Buenas noticias de los últimos avances y logr os a nivel
internacional nos llegan todos los días. En solamente dos meses en el año 2012, se han logrado avances impresionantes en varios
campos de la ciencia y de la tecnología. La micro- y ahora nanotecnologías están revolucionando el mundo gracias por ejemplo a todos los
procesos de miniaturización de dispositivos que utilizan esas tecnologías. Por lo tanto, ellas están tan metidas en nuestras vidas cotidianas

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que parecen un campo muy dominado y totalmente controlado por los científicos e ingenieros que fabrican nuevos materiales. To dos
pensamos que desarrollar nuevas innovaciones a partir de la micro y nanotecnología se realiza bastante fácilmente.
Sin embargo, la capacidad de manipular y luego entender el comportamiento de la materia a esas escalas tan pequeñas es un fac tor
bastante limitante que hace que la mayoría de los resultados interesantes reportados en revistas científicas de alto impacto se queden en
el grado de “revolución” en el laboratorio o bajo ciertas condiciones muy particulares. Frente a tantos descubrimientos, uno se puede
preguntar legítimamente: “¿Qué tan cerca de mi está esa revolución?” El domingo pasado, la famosa revista Nature publicó un
artículo1 que ha sido comentado en todo el mundo esta semana, porque promete revolucionar la microelectrónica. Efectivamente, sabemos
que los transistores son los elementos que permiten a un procesador de calcular y a una memoria de guardar información. También
sabemos que es importante reducir su tamaño para miniaturizar más la tecnología actual y reducir costos, pero, concretamente: “¿Qué nos
puede aportar el transistor de un solo átomo que reportan en ese artículo?”
Controlar la posición de un átomo
Como lo dicen los autores del artículo en cuestión, poder controlar la materia a nivel atómico para construir, bloque por blo que, un
dispositivo muy bien controlado es la parte central de la nanotecnología. Efectivamente, la precisión es el parámetro más importante para
asegurar que el resultado deseado sea logrado. En la mayoría de los casos, no se logra controlar la materia a escala manométr ica con la
precisión deseada pero la práctica puede resultar ser una relativamente buena aproximación de la teoría, es decir del objetivo principal de
partida de una investigación. En el caso del transistor de un sólo átomo, el grupo de Michelle Simmons2 ha podido colocar un átomo de
fósforo con una precisión extremadamente buena en un cristal de silicio3. Es un logro que merece una publicación de alto calibre por varias
razones, una de ellas es que nadie lo había hecho antes.
Otra justificación al impacto del artículo es que está respondiendo a una gran necesidad tecnológica actual: seguir reduciendo el tamaño de
la electrónica para desarrollar más aplicaciones innovadoras. Hasta hace pocos años, la miniaturización era lograda con la op timización
continua de los procesos ópticos utilizados para fabricar los transistores. Sin embargo, hoy existe un nuevo límite que surgió con la

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miniaturización y que se presenta directamente en la realización de un proceso antes libre de problemas, hasta llegar a ciert as
dimensiones. Efectivamente, para fabricar transistores se tiene que dopar el silicio con otros átomos, y los dispositivos modernos son de
escala tan reducida que los materiales dopantes ya no pueden colocarse en cualquier posición. Sin control de la posición exacta de los
dopantes en el silicio, las propiedades electrónicas de los transistores cambiarían demasiado entre uno y otro y no se podrían utilizar como
requerido. Saber cómo depositar esos átomos adicionales en el cristal de silicio es entonces un reto muy importante para seguir
reduciendo el tamaño de los chips, y luego de los equipos electrónicos. Y hasta esta semana, era imposible.
Una solución todavía inaplicable prácticamente
Para enfatizar la importancia del avance, el grupo de trabajo publicó el artículo en Nature con el título explícito “Un transistor de un sólo
átomo”. Para lograr manipular un átomo muy pequeño con tanta precisión tuvieron que utilizar una combinación de microscopia de bar rido
por tunelaje4 y de litografía de hidrógeno. Aunque el resultado no esté al alcance de cualquier investigador por la complejidad de la técnica,
promete mucho para fabricar transistores más pequeños, también se puede aplicar a la fabricación de dispositivos opto electró nicos
(utilizando la interacción de la luz con la materia para sensores o fuentes de luz muy pequeños) y a la realización de computadoras
cuánticas basadas en el espín de los electrones. Sin embargo, y para contestar nuestra pregunta inicial, resolver un problema tecnológico
actual no significa acercarse mucho a un dispositivo final y real. Efectivamente, Simmons y sus colaboradores tuvieron que bajar la
temperatura del sistema por debajo de -270 grados centígrados para asegurarse que el transistor funcionara como esperado. A pesar de
esa limitación bastante importante, es razonable pensar que van a poder optimizar el proceso y que esa prueba de concepto pronto llevará
esa tecnología de experimento de física atómica a aplicaciones reales en nuestras vidas. Eso nos permite concluir que estamos cada vez
más cerca de la ciencia de punta y en lugar de utilizarla sin pensar en lo que tenemos en nuestras manos, podemos intentar aprender de
ella.
1M. Fuechsle et. al. “A single-atom transistor”, Advanced Online Publication, Nature Nanotechnology.

31
2Michelle Simmons, el autor principal del artículo, es de la Universidad de Sidney, y colabora con investigadores de Australia, Korea del Sur, y
EUA.
3El fósforo es un material comúnmente utilizado para dopar el silicio negativamente: como tiene un electrón más que el silicio permite crear un
desequilibrio de electrones entre esos dos átomos y ayuda a fabricar los transistores actuales. El radio de un átomo de fósforo es
aproximadamente de 100 picómetros, o sea 0.1 nanómetros.
4El potencial de la técnica es enorme dado la posibilidad de obtener imágenes de superficies metálicas a escala atómica. Debido a la capacidad
de proporcionar un perfil tridimensional de la superficie de la muestra es muy útil en la caracterización de agregados, textura y defectos
superficiales de los metales. Su uso abarca únicamente el estudio de materiales conductores y su nombre se debe a que se utiliza el efect o túnel
para generar la imagen.
Fuente:
Hautefeuille, Mathieu. Blog de divulgación científica general. “La historia del transistor de un sólo átomo”. Extraído el 8 de marzo de 2016 de:
http://curiousmat.blogspot.mx/2012/03/la-historia-del-transistor-de-un-solo.html
CONCLUSIONES DE ESTA ACTIVIDAD:
Claramente se ve la comparación entre cada una de las medidas mencionadas, es notorio que la nanotecnología estudias estructuras
denominadas nano (10-9 m) y que representan la tecnología de punta en la fabricación de celdas fotovoltaicas. Biológicamente, los micrómetros
son unidades muy utilizadas para medir los glóbulos rojos y otras estructuras. Tanto los angstroms como los picómetros tienen aplicaciones bien
definidas. Los tamaños de cada unidad de medición deberán ser seleccionados de acuerdo a la aplicación estudiada.

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