¿Cuánto tiempo viven los electrones?

2003/12/01 Andonegi Beristain, Garazi - Elhuyar Zientziaren Komunikazioa Iturria: Elhuyar aldizkaria

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El oro, la plata y el cobre son metales preciosos. ¿Pero cuánto tiempo viven los electrones en estos metales?

Esta es una de las preguntas que realiza el Departamento de Física de la Materia Condensada de Leioa. De hecho, buscan modelos y fórmulas teóricas para describir las características y el comportamiento de los metales nobles. Estos cálculos teóricos tienen gran importancia ya que en función de los resultados se seleccionarán las nuevas aplicaciones para estos materiales.

Estructura periódica de metales

En oro, plata y, en general, todos los metales, los átomos forman una red periódica. Alrededor de esta red periódica se encuentra la nube de electrones, que además es dinámica. Los electrones se mueven e interaccionan dentro de esta nube.

En Leioa estudian fórmulas teóricas para describir la estructura electrónica del oro, la plata y el cobre, entre otras. (Foto: www.nsrw.com).

Hasta ahora, cuando se han calculado teóricamente las características de los metales, la red periódica de los átomos se ha asimilado a una superficie homogénea. Si bien esta aproximación teórica explicaba el comportamiento electrónico de varios materiales, en otros materiales solía haber grandes diferencias entre la teoría y los resultados obtenidos experimentalmente.

Por ello, en los últimos años se han inventado nuevas fórmulas teóricas basadas en modelos más reales. En estos modelos realistas se acepta la estructura real de los átomos para realizar los cálculos, es decir, la red periódica no se iguala con una superficie homogénea, y se tienen en cuenta las interacciones entre los electrones (por ejemplo, el agujero de correlación e intercambio). Todo ello, aunque dificulta mucho el cálculo, nos lleva a resultados más cercanos a la realidad.

Tiempo de vida de los electrones excitados

En estos cálculos teóricos se analiza el tiempo de vida de los electrones excitados. Los electrones excitados son electrones que han recibido energía. Debido a esta energía, dejan su nivel energético básico estable y saltan a otro nivel energético superior. Estos electrones tienden, por tanto, a retornar al nivel estable básico, para lo que deben perder la energía que han recibido. Pierden energía cediendo a otro u otros electrones.

El tiempo que tarda un electrón excitado en volver a su nivel básico (el del orden de los femtosegundos 1 fs = 10-15 s) es ^{representativo} de la estructura electrónica del material.

Si el electrón tarda mucho en retornarse al nivel básico de energía, esto indica que el resto de electrones en la estructura del metal están energéticamente alejados. En estos casos, al electrón excitado se le dificulta la transferencia de la energía sobrante a otro electrón, lo que le lleva a permanecer más tiempo excitado. Esto indica que en la estructura del metal la mayoría de los electrones se encuentran en un nivel de energía estable bajo, lo que indica que el nivel energético básico de los electrones es bajo.

Por el contrario, si el tiempo de vida es corto, significa que el nivel básico de energía de los electrones es alto y, por tanto, serán fácilmente intercambiables.

Por lo tanto, en función del tiempo de vida, es posible conocer el nivel de energía de los electrones en la estructura del metal. Por tanto, el cálculo del tiempo de vida de los electrones es un paso para conocer la estructura electrónica y el comportamiento de los materiales.

• Título del proyectoRespuesta
  cuadrática y efectos de los N cuerpos en sólidos.
• Objetivos Análisis de los
  tiempos de vida de los electrones excitados en los sólidos y descripción de las interacciones entre partículas cargadas y superficies.
• Director/a
  Pitarke.
• Grupo de trabajo
  A. Bergara, A. Garcia-Lekue, M. Garcia-Vergniory, I. G. Gurtubay, T. Del Río.
• Departamento Departamento Departamento
  de Física de la Materia Condensada.
• • Facultad
  de Ciencia y Tecnología
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