Zenbat denbora bizi dira elektroiak?

Urrea, zilarra eta kobrea metal preziatuak dira. Baina zenbat denbora bizi dira elektroiak metal horietan?

Horixe da, hain zuzen ere, Leioako Materia Kondentsatuaren Fisika Sailak egiten duen galderetako bat. Izan ere, metal nobleen ezaugarriak eta portaera deskribatzeko ereduen eta formula teorikoen bila ari dira. Kalkulu teoriko horiek garrantzi handia dute, emaitzen arabera hautatuko baitira gero material horientzako aplikazio berriak.

Metalen egitura periodikoa

Urrean, zilarrean eta, oro har, metal guztietan, atomoek sare periodiko bat osatzen dute. Sare periodiko horren inguruan elektroi-hodeia egoten da, eta hodei hori, gainera, dinamikoa izaten da. Hain zuzen ere, elektroiak mugitu eta elkarrekintzak izaten dituzte hodei horren barruan.

Urrearen, zilarraren eta kobrearen egitura elektronikoa deskribatzeko formula teorikoak ikertzen dituzte Leioan, besteak beste. (Argazkia: www.nsrw.com).

Orain arte, metalen ezaugarriak teorikoki kalkulatu izan direnetan, atomoen sare periodikoa gainazal homogeneo batekin parekatu izan da. Hurbilketa teoriko horrek hainbat materialen portaera elektronikoa azaltzen bazuen ere, beste material batzuetan alde handia egon ohi zen teoriaren eta esperimentu bidez lortutako emaitzen artean.

Hori dela eta, formula teoriko berriak asmatu dira azken urteotan, eredu errealagoak oinarri hartuta. Eredu errealista horietan, atomoen benetako egitura onartzen da kalkuluak egiteko —hau da, sare periodikoa ez da gainazal homogeneo batekin berdintzen— eta elektroien arteko elkarrekintzak ere kontuan hartzen dira (korrelazio- eta trukatze-zuloa, esaterako). Horrek guztiak kalkulua asko zailtzen badu ere, errealitatetik hurbilago dagoen emaitzetara garamatza.

Elektroi kitzikatuen bizi-denbora

Kalkulu teoriko horietan elektroi kitzikatuen bizi-denbora aztertzen da. Elektroi kitzikatuak energia jaso duten elektroiak dira. Energia hori dela eta, beren oinarrizko energia-maila egonkorra utzi eta goragoko beste energia-maila batera jauzi egiten dute. Elektroi horiek, beraz, oinarrizko maila egonkorrera itzultzeko joera izaten dute, eta, horretarako, jaso duten energia galdu behar dute. Energia hori beste elektroi bati edo batzuei emanda galtzen dute.

Hain zuzen ere, elektroi kitzikatu batek bere oinarrizko mailara bueltatzeko behar duen denbora hori (femtosegundoen ordenakoa 1 fs = 10^-15 s) materialaren egitura elektronikoaren adierazgarri da.

Elektroiak denbora asko behar badu oinarrizko energia-mailara itzultzeko, metalaren egituran gainerako elektroiak energetikoki urruti daudela adierazten du horrek. Kasu horietan, elektroi kitzikatuari zailagoa zaio soberan duen energia beste elektroi bati ematea; ondorioz, denbora gehiago emango du kitzikatuta. Horrek, metalaren egituran elektroi gehienak energia-maila egonkor baxuan daudela adierazten du, elektroien oinarrizko energia-maila baxua dela adierazten du.

Aldiz, bizi-denbora laburra bada, elektroien oinarrizko energia-maila altua dela adierazten du, eta, ondorioz, erraz trukatuko dute energia.

Beraz, bizi-denboraren arabera, badago jakitea metalaren egituran elektroiak zer energia-mailatan dauden. Horrenbestez, materialen egitura elektronikoa eta portaera ezagutzeko urrats bat da elektroien bizi-denbora kalkulatzea.

• Proiektuaren izenburua
  Erantzun koadratikoa eta solidoetako N gorputzen efektuak.
• Helburua
  Solidoetako elektroi kitzikatuen bizi-denboren azterketa eta partikula kargatuen eta gainazalen arteko elkarrekintzen deskribapena.
• Zuzendaria
  J.M. Pitarke.
• Lan-taldea
  A. Bergara, A. Garcia-Lekue, M. Garcia-Vergniory, I. G. Gurtubay, T. Del Rio.
• Saila
  Materia Kondentsatuaren Fisika Saila.
• Fakultatea
  Zientzia eta Teknologia Fakultatea.
• Finantziazioa
  CYCIT.