O túnel fala con espectroscopía. Chema con Pitarke
O túnel fala con espectroscopía. Chema con Pitarke
Este mozo físico, nacido en Begoña (Bilbao) no ano 960, recibiu o premio correspondente á sección de investigación Azkue Sariak polo seu traballo na súa tese doutoral. A entrega do Premio Azkue permitiunos recoller a súa opinión e ser prologados da investigación no campo da Física.
Este mozo físico, nacido en Begoña de Bilbao en 1960, recibiu o premio correspondente á sección de investigación de Azkue Sariak (xunto a Andoni Sarriegi) polo seu traballo na súa tese doutoral. Esta tese leva por título "A espectroscopía de túneles e a emisión de electróns e fotóns en sólidos", e xa deu en revistas científicas de alto nivel un tema paira varios artigos, superando comodamente o control de calidade. A entrega do Premio Azkue permitiunos recoller a súa opinión e ser prologados da investigación no campo da Física. Traballa no Departamento de Física Teórica da Facultade de Ciencias de Leioa, onde tomamos o tempo paira realizar esta entrevista.
José Ramón Etxebarria.- Por que empezou no mundo da Física?
Txema Pitarke.- Cando estudaba bacharelato no colexio gustábanme os temas de Matemáticas e Ciencias e tiña ganas de aprender Matemáticas ou Física. Alguén me dixo que era mellor aprender Física que Matemáticas e decidín aprender Física.
J.R.E.- Estudou na Facultade de Ciencias en Bilbao e despois, por que empezou a traballar no ensino?
T.P.- Cando terminei a carreira, una das posibilidades que había era entrar no ensino. Para entón xa tiña experiencia no ámbito do ensino e tiña ganas de investigar. A universidade era o lugar idóneo paira ambas as cousas.
J.R.E.- En canto ao ensino, empezou a impartir clases en eúscaro na liña vasca.
T.P.- Anteriormente xa traballara en BBB dando clases de matemáticas en eúscaro, nunha ikastola.
J.R.E.- Cales foron os primeiros traballos de investigación?
T.P.- Primeiro fixen a tesina. Estudo teórico da zona eléctrica local. Logo, á hora de facer a tese, cambiei totalmente o tema.
J.R.E.- Por que cousas teóricas?
T.P.- Sempre tiven tendencia a facer cousas teóricas. Tamén me gustou ir aos laboratorios, pero tiven máis ganas de andar en cousas teóricas.
J.R.E.- Entón, despois de facer a tesina, empezou a tese. Hai cantos anos coa tese?
T.P.- Empecei Tesina en 1984 (cando terminei a carreira en 82 e abandonei as clases de BUP), terminei en 1985 e empecei coa tese no 86.
J.R.E.- Con quen empezou?
T.P.- Etxenike.
J.R.E.- Por que acudiu a San Sebastián en busca do director de tese?
T.P.- Ese mesmo ano decateime de que Etxenike era recentemente chegado de Cambridge, e eu creo que era o mellor das posibilidades que había aquí paira facer cuestións teóricas, e elixino.
J.R.E.- Entón vostede púxose en contacto con el.
T.P.- Si, eu deime conta de que el estaba a pensar en formar un equipo aquí a través de Fernando Plazaola. Etxenike quería xente paira traballar con el e decidín acudir a el paira saber que se podía facer con el.
J.R.E.- Tomáchescho ben.
T.P.- Si. Despois de coñecer os traballos de investigación que tiña nas súas mans, pasei una tempada pensando si quería iso, e decidín traballar con el.
J.R.E.- A distancia non puxo obxeccións paira iso, é dicir, o paso de Bilbao a Donostia?
T.P.- Non. El achegou ideas e foi suficiente con ter tempo paira discutir de cando en vez paira sacar adiante o traballo.
J.R.E.- Imos adiante coa tese. Como se ve, esta tese densa consta de dúas partes diferenciadas. Explicarías que partes son?
T.P.- Si, a tese consta de dous apartados principais. Por unha banda, aproveitando o microscopio de túneles, aproveitamos os resultados experimentais obtidos por outros investigadores paira realizar unha análise teórica tanto do potencial superficial como do potencial de interacción banal, así como dos efectos da xeometría superficial. Doutra banda, analizáronse varias áreas relacionadas coa interacción de iones rápidos cos electróns que forman a materia.
J.R.E.- Empecemos polo primeiro capítulo. Microscopio de túneles. Que é iso? Paira que?
T.P.- O microscopio de túneles foi deseñado por primeira vez en 1981 polos investigadores suízos Binnig e Rohrer, galardoados co Premio Nobel en 1986. Controlando a corrente de túneles a través do baleiro entre dous metais, conseguiron ver en alta definición as posicións dos átomos das superficies. A idea é moi sinxela: A Mecánica Cuántica predí que a instalación dun metal puntiforme a unha distancia de varios angstromas da superficie obxecto de estudo e a xeración dunha diferenza de potencial non nula entre ambas as superficies, permite aos electróns máis punteiros atravesar una barreira de potencial nula, xerando una corrente de túneles. Tamén é coñecido que ao aumentar a distancia entre as dúas superficies, a corrente do túnel diminúe exponencialmente. En consecuencia, facendo circular a fina punta metálica pola superficie que se pretende estudar sen tocar a mostra, os desprazamentos verticais que sufrirá a punta proporcionarannos una imaxe real da superficie a nivel atómico, mantendo constante a corrente do túnel, mantendo constante a distancia entre a mostra e a punta.
J.R.E.- Pódese dicir, por tanto, que a punta se move de átomos aproximadamente.
T.P.- Si, cada vez que a distancia do túnel sofre un incremento dun angstrom, a corrente do túnel diminúe aproximadamente dez veces
J.R.E.- O que máis me sorprende disto é controlar mecanicamente o movemento dun Á. Como se consegue?
T.P.- Desde que Robert Oppenheimer e George Gamow desen a coñecer o efecto túnel mecánico-cuántico en 1928, é dicir, dous anos despois da publicación da Mecánica Cuántica, tratouse de recoller a corrente experimental a través do baleiro de túneles controlados. Con todo, non se obtiveron resultados exitosos ata que, principalmente por problemas de vibracións, Binnig e Rohrer, en 1981, conseguiron construír a punta eliminando vibracións cunha resolución de varios centésimas de angstroms utilizando un tríptico de material piezoeléctrico.
J.R.E.- Como controlalo mecanicamente? Pódese construír un motor cun movemento tan fino?
T.P.- A punta é un mecanismo de realimentación que mide a corrente do túnel e mantén constante a distancia entre as dúas superficies. A punta desprázase verticalmente. Por tanto, a estrutura atómica da superficie muestral.
J.R.E.- En síntese, prepárase una peza laun paira o estudo da súa superficie e realízase una especie de scan á súa altura en función das dúas direccións coordenadas do plano horizontal.
T.P.- Si. A punta situada sobre a superficie da mostra a unha distancia de varios angstromas desprázase a través de liñas paralelas. Desta forma pódese obter una imaxe tridimensional da superficie una vez que o movemento da punta procésase por un computador.
J.R.E.- E de que maneira esta famosa punta? Terá que ser moi pequeno, non?
T.P.- Canto máis fina sexa, maior será a resolución das zonas. De feito, a realización reiterada de experimentos que dan lugar a campos eléctricos violentos entre a mostra e a punta, agudiza a punta, e permite que na corrente do túnel só participen os electróns correspondentes a un único átomo que lle corresponda no extremo da punta.
J.R.E.- Que material se utiliza paira iso?
T.P.- Normalmente utilízanse puntas de wolframio.
J.R.E.- Por tanto, o que se pode facer con esta técnica é coñecer a superficie.
T.P.- A aplicación inmediata do microscopio túnel permite obter imaxes topográficas das superficies. Tamén se demostrou que é moi útil paira medir a barreira de potencial residual que atopan os electróns de superficie e paira coñecer as interaccións mecánico-cuánticas entre os electróns de túnel e as superficies, e é o que nós facemos, aproveitando os resultados experimentais obtidos por outros investigadores.
J.R.E.- Este método, polo momento, pode ser moi interesante paira coñecer a estrutura da materia, pero queda aí o problema, só a nivel teórico, ou de aí pénsase en facer algunha aplicación, non só en Física Teórica, Física Aplicada e Tecnoloxía?
T.P.- O microscopio de túneles xa se utilizou en Bioloxía paira dar a coñecer a estrutura do ADN e realizáronse varios experimentos con virus e proteínas.
J.R.E.- A superficie non debe ser pois metal?
T.P.- O microscopio de túneles orixinais (STM) foi utilizado paira a observación de biomoléculas, situadas sobre una superficie condutora, pero nos últimos anos deseñáronse novos microscopios que poden estudar superficies non condutoras, como o microscopio de forza atómica (AFM) e o microscopio de túneles de fotón (PSTM).
J.R.E.- Imos á segunda parte da tese. Fixo algo parecido?
T.P.- No segundo apartado da tese analizáronse diversos aspectos relacionados coa interacción ión-materia. Por unha banda, estudouse o proceso polo que os electróns de colisión son emitidos pola interacción entre párelos de iones rápidos e o gas electrón, e doutra banda estudouse o proceso de captura de electróns por emisión de radiación a través do anel de canaliza a través dos sólidos.
J.R.E.- E que interese ten?
T.P.- O obxectivo fundamental é analizar o comportamento das partículas que constitúen a materia. Paira iso, ao longo dos anos produciuse a interacción da materia con diferentes tipos de partículas cargadas, e a necesidade de poder interpretar este tipo de experimentos obrigou a analizar as interaccións entre as partículas cargadas e a materia. En 1911 Rutherford utilizou as partículas a paira coñecer a estrutura do átomo e Bohr publicou os seus primeiros traballos analizando as interaccións das partículas cargadas que atravesan a materia.
J.R.E.- Por exemplo, que botamos un exemplo. Demos una partícula, un ion. Que sairá normalmente?
T.P.- Os iones proxectados poden ir acompañados de electróns ou fotóns, entre outros.
J.R.E.- Pero non ten nada que ver coa radioactividade? Ou é radiación radioactiva?
T.P.- Non, porque as enerxías dos fotóns que se poden extraer nos procesos que estudamos son de varios keV.
J.R.E.- É por tanto algo mecánico, una especie de choque. Quero dicir, non hai reacción nuclear. Non analizastes isto?
T.P.- Non. Nos experimentos que habitualmente analizamos predominan as interaccións entre as cargas vertidas e os electróns que forman a materia, así como as interaccións entre os propios electróns, resultados que nos poden reportar os procesos nos que participan os electróns.
J.R.E.- Por tanto, as enerxías serán menores que as que aparecen nas reaccións nucleares.
T.P.- Si, claro. Aínda que os proxectís lanzados nestes experimentos son máis rápidos que os electróns que forman a materia (a velocidade de Fermi adoita ser aproximadamente cen veces menor que a da luz), a velocidade dos proxectís é, aproximadamente, dez veces menor que a da luz.
J.R.E.- Mencionou algúns experimentos. Fai os vosos grupos ou os fai algún grupo de Euskal Herria de aquí ou quen?
T.P.- Non, estes experimentos realízanse en laboratorios a nivel mundial.
J.R.E.- Por tanto, o voso grupo, o que estades en Donostia e Bilbao, é teórico.
T.P.- Si.
J.R.E.- Pero teredes contacto con grupos experimentais. De onde son estes grupos? Tivestes algunha relación persoal ou só a través de revistas científicas?
T.P.- Etxenike ten relacións con moitos grupos experimentais, en Estados Unidos, Xapón, Alemaña… Eu tamén tiven relacións.
J.R.E.- Onde?, por exemplo...
T.P.- No terceiro apartado da tese, por exemplo, dedícase á realización dun estudo teórico dos procesos cos que un xaponés pode dar conta do experimento realizado no laboratorio de Argonne Americano, co que estou.
J.R.E.- Como se chama este científico?
T.P.- Yamazaki.
J.R.E.- Que din estes físicos experimentais? Están de acordo coas súas explicacións teóricas?
T.P.- Yamazaki, por exemplo, está á espera da explicación do seu experimento e a nosa explicación achégase, pero aínda hai que traballar máis. No cuarto apartado da tese, pola súa banda, interpretouse o déficit enerxético da radiación que estudaron os iones rápidos a través dos sólidos no anel de canaliza en Oak Ridge.
J.R.E.- Antes mencionáchesme a Oak Ridge e a Cambridge. O laboratorio local Cavendish é teórico?
T.P.- No laboratorio Cavendish hai de todo.
J.R.E.- Pero neste traballo?
T.P.- No laboratorio Cavendish tocé unicamente o campo correspondente ao estudo do microscopio de túneles. Tiven relación cos físicos experimentais deste campo, pero me axudou moito na preparación de programas de cálculo, principalmente co matemático local Chris Nex. Descoñezo os experimentos daquel país relacionados coas interaccións entre os iones e a materia.
J.R.E.- Por tanto, experimentos en Oak Ridge si. Traballaches con eses físicos experimentais locais?
T.P.- Non. Cando estiven en Oak Ridgen só falei de teóricos, aínda que realizamos unha análise teórica do traballo experimental realizado noutras áreas do laboratorio.
J.R.E.- E tamén traballaches cun profesor de Madrid. Iso tamén teórico?
T.P.- Si. Tiven moi boas relacións con Flores á hora de analizar o campo do microscopio de túneles. Ela é experta niso, traballando cos galardoados co Premio Nobel, cos traballos publicados con eles. A área dos iones, pola súa banda, traballeino principalmente co profesor Ritchie de Oak Ridge. Con Etxenike investiguei ambos os campos e el púxome en contacto con Ritchie e Flores.
J.R.E.- Terá continuidade este traballo de face ao futuro?
T.P.- Creo que si.
J.R.E.- En que ámbito?
T.P.- En ambas as áreas. Neste momento estou a estudar xunto con Etxenike e Ritchie os efectos non lineais da forza de freado das partículas cargadas que atravesan a materia. A forza de freado no límite no que a perturbación é moi pequena é proporcional ao cadrado da carga do proxectil. Recentemente, pola contra, comprobouse experimentalmente que as forzas de freado dos protones e os antiprotones son diferentes, e a interpretación destes resultados débese á contribución dunha forza de freado proporcional ao cubo da carga do proxectil.
J.R.E.- Cambiando de tema, por esa tese recibiches o Premio Azkue de investigación en eúscaro. É de alegría, non digamos. Cabe destacar, con todo, que presentou a súa tese en eúscaro e inglés. Por que?
T.P.- Toda a documentación utilizada e os traballos publicados por min, todos eles escritos en inglés, pero redactei o informe da tese unicamente en eúscaro. Paira presentar a tese na Universidade non tiña por que facer tradución, una vez realizado o resumo en castelán. Con todo, só algúns deles podían ler a tese escrita unicamente en eúscaro, nin sequera os membros do tribunal, e decidín traducila. Pensei que a tradución ao inglés sería máis útil que a do castelán, e decidín traducila ao inglés. Así, ademais, todos os que formarían parte do tribunal podían ler o texto completo, xa que pensaba traer un americano.
J.R.E.- Xunto a isto, vostede traballou na produción de textos en eúscaro. Publicou artigos e libros. Pensa continuar?
T.P.- Si, sen dúbida.
J.R.E.- Tes algún traballo na cabeza ou polo momento debes tomarche un pouco de tranquilidade paira acougar a tensión dos últimos anos?
Agora non teño nada en mente, pero algo se fará, sen dúbida, porque agora estou máis tranquilo.
Buletina
Bidali zure helbide elektronikoa eta jaso asteroko buletina zure sarrera-ontzian