El túnel parla amb espectroscopía. Chema amb Pitarke
El túnel parla amb espectroscopía. Chema amb Pitarke
Aquest jove físic, nascut en Begoña (Bilbao) l'any 960, ha rebut el premi corresponent a la secció de recerca Azkue Sariak pel seu treball en la seva tesi doctoral. El lliurament del Premi Azkue ens ha permès recollir la seva opinió i ser prologats de la recerca en el camp de la Física.
Aquest jove físic, nascut en Begoña de Bilbao en 1960, ha rebut el premi corresponent a la secció de recerca d'Azkue Sariak (al costat d'Andoni Sarriegi) pel seu treball en la seva tesi doctoral. Aquesta tesi porta per títol "L'espectroscopía de túnels i l'emissió d'electrons i fotons en sòlids", i ja ha donat en revistes científiques d'alt nivell un tema per a diversos articles, superant còmodament el control de qualitat. El lliurament del Premi Azkue ens ha permès recollir la seva opinió i ser prologats de la recerca en el camp de la Física. Treballa en el Departament de Física Teòrica de la Facultat de Ciències de Leioa, on hem pres el temps per a realitzar aquesta entrevista.
José Ramón Etxebarria.- Per què va començar en el món de la Física?
Txema Pitarke.- Quan estudiava batxillerat en el col·legi m'agradaven els temes de Matemàtiques i Ciències i tenia ganes d'aprendre Matemàtiques o Física. Algú em va dir que era millor aprendre Física que Matemàtiques i vaig decidir aprendre Física.
J.R.E.- Va estudiar en la Facultat de Ciències a Bilbao i després, per què va començar a treballar en l'ensenyament?
T.P.- Quan vaig acabar la carrera, una de les possibilitats que hi havia era entrar en l'ensenyament. Per a llavors ja tenia experiència en l'àmbit de l'ensenyament i tenia ganes d'investigar. La universitat era el lloc idoni per a totes dues coses.
J.R.E.- Quant a l'ensenyament, va començar a impartir classes en basca en la línia basca.
T.P.- Anteriorment ja havia treballat en BBB fent classes de matemàtiques en basca, en una ikastola.
J.R.E.- Quins van ser els primers treballs de recerca?
T.P.- Primer vaig fer la tesina. Estudi teòric de la zona elèctrica local. Després, a l'hora de fer la tesi, vaig canviar totalment el tema.
J.R.E.- Per què coses teòriques?
T.P.- Sempre he tingut tendència a fer coses teòriques. També m'ha agradat anar als laboratoris, però he tingut més ganes de caminar en coses teòriques.
J.R.E.- Llavors, després de fer la tesina, va començar la tesi. Fa quants anys amb la tesi?
T.P.- Vaig començar Tesina en 1984 (quan vaig acabar la carrera en 82 i vaig abandonar les classes de BUP), vaig acabar en 1985 i vaig començar amb la tesi en el 86.
J.R.E.- Amb qui va començar?
T.P.- Etxenike.
J.R.E.- Per què va acudir a Sant Sebastià a la recerca del director de tesi?
T.P.- Aquest mateix any em vaig assabentar que Etxenike era nouvingut de Cambridge, i jo crec que era el millor de les possibilitats que hi havia aquí per a fer qüestions teòriques, i el vaig triar.
J.R.E.- Llavors vostè es va posar en contacte amb ell.
T.P.- Sí, jo em vaig adonar que ell estava pensant a formar un equip aquí a través de Fernando Plazaola. Etxenike volia gent per a treballar amb ell i vaig decidir acudir a ell per a saber què es podia fer amb ell.
J.R.E.- T'ho vas prendre bé.
T.P.- Sí. Després de conèixer els treballs de recerca que tenia a les seves mans, vaig passar una temporada pensant si volia això, i vaig decidir treballar amb ell.
J.R.E.- La distància no va posar objeccions per a això, és a dir, el pas de Bilbao a Donostia?
T.P.- No. Ell ha aportat idees i ha estat suficient amb tenir temps per a discutir de tant en tant per a tirar endavant el treball.
J.R.E.- Anem endavant amb la tesi. Com es veu, aquesta tesi densa consta de dues parts diferenciades. Explicaries quines parts són?
T.P.- Sí, la tesi consta de dos apartats principals. D'una banda, aprofitant el microscopi de túnels, hem aprofitat els resultats experimentals obtinguts per altres investigadors per a realitzar una anàlisi teòrica tant del potencial superficial com del potencial d'interacció banal, així com dels efectes de la geometria superficial. D'altra banda, s'han analitzat diverses àrees relacionades amb la interacció d'ions ràpids amb els electrons que formen la matèria.
J.R.E.- Comencem pel primer capítol. Microscopi de túnels. Què és això? Per a què?
T.P.- El microscopi de túnels va ser dissenyat per primera vegada en 1981 pels investigadors suïssos Binnig i Rohrer, guardonats amb el Premi Nobel en 1986. Controlant el corrent de túnels a través del buit entre dos metalls, van aconseguir veure en alta definició les posicions dels àtoms de les superfícies. La idea és molt senzilla: La Mecànica Quàntica prediu que la instal·lació d'un metall puntiforme a una distància de diversos angstromas de la superfície objecte d'estudi i la generació d'una diferència de potencial no nul·la entre totes dues superfícies, permet als electrons més capdavanters travessar una barrera de potencial nul·la, generant un corrent de túnels. També és conegut que en augmentar la distància entre les dues superfícies, el corrent del túnel disminueix exponencialment. En conseqüència, fent circular la fina punta metàl·lica per la superfície que es pretén estudiar sense tocar la mostra, els desplaçaments verticals que sofrirà la punta ens proporcionaran una imatge real de la superfície a nivell atòmic, mantenint constant el corrent del túnel, mantenint constant la distància entre la mostra i la punta.
J.R.E.- Es pot dir, per tant, que la punta es mou d'àtoms aproximadament.
T.P.- Sí, cada vegada que la distància del túnel sofreix un increment d'un àngstrom, el corrent del túnel disminueix aproximadament deu vegades
J.R.E.- El que més em sorprèn d'això és controlar mecànicament el moviment d'un Á. Com s'aconsegueix?
T.P.- Des que Robert Oppenheimer i George Gamow donessin a conèixer l'efecte túnel mecànic-quàntic en 1928, és a dir, dos anys després de la publicació de la Mecànica Quàntica, s'ha tractat de recollir el corrent experimental a través del buit de túnels controlats. No obstant això, no s'han obtingut resultats reeixits fins que, principalment per problemes de vibracions, Binnig i Rohrer, en 1981, van aconseguir construir la punta eliminant vibracions amb una resolució de diversos centèsimes d'àngstroms utilitzant un tríptic de material piezoelèctric.
J.R.E.- Com controlar-ho mecànicament? Es pot construir un motor amb un moviment tan fi?
T.P.- La punta és un mecanisme de realimentación que mesura el corrent del túnel i manté constant la distància entre les dues superfícies. La punta es desplaça verticalment. Per tant, l'estructura atòmica de la superfície mostral.
J.R.E.- En síntesi, es prepara una peça laun per a l'estudi de la seva superfície i es realitza una espècie de scan a la seva altura en funció de les dues adrecis coordenades del pla horitzontal.
T.P.- Sí. La punta situada sobre la superfície de la mostra a una distància de diversos angstromas es desplaça a través de línies paral·leles. D'aquesta forma es pot obtenir una imatge tridimensional de la superfície una vegada que el moviment de la punta es processa per un ordinador.
J.R.E.- I de quina manera aquesta famosa punta? Haurà de ser molt petit, no?
T.P.- Com més fina sigui, major serà la resolució de les zones. De fet, la realització reiterada d'experiments que donen lloc a camps elèctrics violents entre la mostra i la punta, aguditza la punta, i permet que en el corrent del túnel només participin els electrons corresponents a un únic àtom que li correspongui en l'extrem de la punta.
J.R.E.- Quin material s'utilitza per a això?
T.P.- Normalment s'utilitzen puntes de wolframi.
J.R.E.- Per tant, la qual cosa es pot fer amb aquesta tècnica és conèixer la superfície.
T.P.- L'aplicació immediata del microscopi túnel permet obtenir imatges topogràfiques de les superfícies. També s'ha demostrat que és molt útil per a mesurar la barrera de potencial residual que troben els electrons de superfície i per a conèixer les interaccions mecànic-quàntiques entre els electrons de túnel i les superfícies, i és el que nosaltres fem, aprofitant els resultats experimentals obtinguts per altres investigadors.
J.R.E.- Aquest mètode, de moment, pot ser molt interessant per a conèixer l'estructura de la matèria, però queda aquí el problema, només a nivell teòric, o d'aquí es pensa a fer alguna aplicació, no sols en Física Teòrica, Física Aplicada i Tecnologia?
T.P.- El microscopi de túnels ja s'ha utilitzat en Biologia per a donar a conèixer l'estructura de l'ADN i s'han realitzat diversos experiments amb virus i proteïnes.
J.R.E.- La superfície no ha de ser doncs metall?
T.P.- El microscopi de túnels originals (STM) ha estat utilitzat per a l'observació de biomolècules, situades sobre una superfície conductora, però en els últims anys s'han dissenyat nous microscopis que poden estudiar superfícies no conductores, com el microscopi de força atòmica (AFM) i el microscopi de túnels de fotó (PSTM).
J.R.E.- Anem a la segona part de la tesi. Ha fet una cosa semblant?
T.P.- En el segon apartat de la tesi s'han analitzat diversos aspectes relacionats amb la interacció ió-matèria. D'una banda, s'ha estudiat el procés pel qual els electrons de col·lisió són emesos per la interacció entre els parells d'ions ràpids i el gas electró, i d'altra banda s'ha estudiat el procés de captura d'electrons per emissió de radiació a través de l'anell de canalitza a través dels sòlids.
J.R.E.- I quin interès té?
T.P.- L'objectiu fonamental és analitzar el comportament de les partícules que constitueixen la matèria. Per a això, al llarg dels anys s'ha produït la interacció de la matèria amb diferents tipus de partícules carregades, i la necessitat de poder interpretar aquest tipus d'experiments ha obligat a analitzar les interaccions entre les partícules carregades i la matèria. En 1911 Rutherford va utilitzar les partícules a per a conèixer l'estructura de l'àtom i Bohr va publicar els seus primers treballs analitzant les interaccions de les partícules carregades que travessen la matèria.
J.R.E.- Per exemple, que tirem un exemple. Donem una partícula, un ió. Què sortirà normalment?
T.P.- Els ions projectats poden anar acompanyats d'electrons o fotons, entre altres.
J.R.E.- Però no té res a veure amb la radioactivitat? O és radiació radioactiva?
T.P.- No, perquè les energies dels fotons que es poden extreure en els processos que estudiem són de diversos keV.
J.R.E.- És per tant una cosa mecànica, una espècie de xoc. Vull dir, no hi ha reacció nuclear. No heu analitzat això?
T.P.- No. En els experiments que habitualment analitzem predominen les interaccions entre les càrregues abocades i els electrons que formen la matèria, així com les interaccions entre els propis electrons, resultats que ens poden reportar els processos en els quals participen els electrons.
J.R.E.- Per tant, les energies seran menors que les que apareixen en les reaccions nuclears.
T.P.- Sí, clar. Encara que els projectils llançats en aquests experiments són més ràpids que els electrons que formen la matèria (la velocitat de Fermi sol ser aproximadament cent vegades menor que la de la llum), la velocitat dels projectils és, aproximadament, deu vegades menor que la de la llum.
J.R.E.- Ha esmentat alguns experiments. Fa els vostres grups o els fa algun grup d'Euskal Herria d'aquí o qui?
T.P.- No, aquests experiments es realitzen en laboratoris a nivell mundial.
J.R.E.- Per tant, el vostre grup, el que esteu en Donostia i Bilbao, és teòric.
T.P.- Sí.
J.R.E.- Però tindreu contacte amb grups experimentals. D'on són aquests grups? Heu tingut alguna relació personal o només a través de revistes científiques?
T.P.- Etxenike té relacions amb molts grups experimentals, als Estats Units, el Japó, Alemanya… Jo també he tingut relacions.
J.R.E.- On?, per exemple...
T.P.- En el tercer apartat de la tesi, per exemple, es dedica a la realització d'un estudi teòric dels processos amb els quals un japonès pot donar compte de l'experiment realitzat en el laboratori d'Argonne Americà, amb el qual estic.
J.R.E.- Com es diu aquest científic?
T.P.- Yamazaki.
J.R.E.- Què diuen aquests físics experimentals? Estan d'acord amb les seves explicacions teòriques?
T.P.- Yamazaki, per exemple, està a l'espera de l'explicació del seu experiment i la nostra explicació s'acosta, però encara cal treballar més. En el quart apartat de la tesi, per part seva, s'ha interpretat el dèficit energètic de la radiació que han estudiat els ions ràpids a través dels sòlids en l'anell de canalitza en Oak Ridge.
J.R.E.- Abans m'has esmentat a Oak Ridge i a Cambridge. El laboratori local Cavendish és teòric?
T.P.- En el laboratori Cavendish hi ha de tot.
J.R.E.- Però en aquest treball?
T.P.- En el laboratori Cavendish tocé únicament el camp corresponent a l'estudi del microscopi de túnels. Vaig tenir relació amb els físics experimentals d'aquest camp, però em va ajudar molt en la preparació de programes de càlcul, principalment amb el matemàtic local Chris Nex. Desconec els experiments d'aquell país relacionats amb les interaccions entre els ions i la matèria.
J.R.E.- Per tant, experiments en Oak Ridge sí. Has treballat amb aquests físics experimentals locals?
T.P.- No. Quan he estat en Oak Ridgen només he parlat de teòrics, encara que hem realitzat una anàlisi teòrica del treball experimental realitzat en altres àrees del laboratori.
J.R.E.- I també has treballat amb un professor de Madrid. Això també teòric?
T.P.- Sí. He tingut molt bones relacions amb Flores a l'hora d'analitzar el camp del microscopi de túnels. Ella és experta en això, treballant amb els guardonats amb el Premi Nobel, amb els treballs publicats amb ells. L'àrea dels ions, per part seva, ho he treballat principalment amb el professor Ritchie d'Oak Ridge. Amb Etxenike he investigat tots dos camps i ell m'ha posat en contacte amb Ritchie i Flores.
J.R.E.- Tindrà continuïtat aquest treball de cara al futur?
T.P.- Crec que sí.
J.R.E.- En quin àmbit?
T.P.- En totes dues àrees. En aquest moment estic estudiant juntament amb Etxenike i Ritchie els efectes no lineals de la força de frenat de les partícules carregades que travessen la matèria. La força de frenat en el límit en el qual la pertorbació és molt petita és proporcional al quadrat de la càrrega del projectil. Recentment, per contra, s'ha comprovat experimentalment que les forces de frenat dels protons i els antiprotones són diferents, i la interpretació d'aquests resultats es deu a la contribució d'una força de frenat proporcional a la galleda de la càrrega del projectil.
J.R.E.- Canviant de tema, per aquesta tesi has rebut el Premi Azkue de recerca en basca. És d'alegria, no diguem. Cal destacar, no obstant això, que va presentar la seva tesi en basca i anglès. Per què?
T.P.- Tota la documentació utilitzada i els treballs publicats per mi, tots ells escrits en anglès, però vaig redactar l'informe de la tesi únicament en basca. Per a presentar la tesi en la Universitat no tenia per què fer traducció, una vegada realitzat el resum en castellà. No obstant això, només alguns d'ells podien llegir la tesi escrita únicament en basca, ni tan sols els membres del tribunal, i vaig decidir traduir-la. Vaig pensar que la traducció a l'anglès seria més útil que la del castellà, i vaig decidir traduir-la a l'anglès. Així, a més, tots els que formarien part del tribunal podien llegir el text complet, ja que pensava portar un americà.
J.R.E.- Al costat d'això, vostè ha treballat en la producció de textos en basc. Ha publicat articles i llibres. Pensa continuar?
T.P.- Sí, sens dubte.
J.R.E.- Tens algun treball al cap o de moment has de prendre't una mica de tranquil·litat per a calmar la tensió dels últims anys?
Ara no tinc res en ment, però alguna cosa es farà, sens dubte, perquè ara estic més tranquil.
Buletina
Bidali zure helbide elektronikoa eta jaso asteroko buletina zure sarrera-ontzian