Tesis:
Fenómenos caóticos y emisión electrónica en superficies conductoras irregulares.
- Autor: ALBUQUERQUE DE ASSIS, Thiago
- Título: Fenómenos caóticos y emisión electrónica en superficies conductoras irregulares.
- Fecha: 2011
- Materia: Sin materia definida
- Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS AGRONOMOS
- Departamentos: FISICA Y MECANICA FUNDAMENTAL Y APLICADA A LA INGENIERIA AGROFORESTAL
- Acceso electrónico:
- Director/a 1º: BORONDO RODRIGUEZ, Florentino
- Director/a 2º: BENITO ZAFRILLA, Rosa María
- Resumen: Este trabajo trata del estudio de dos fenómenos de superficies dentro de los cuales el caos y la complejidad resultan ser características relevantes. Nos hemos centrado en el estudio de las relaciones entre las propiedades físicas asociadas a superficies conductoras que intervienen en procesos dinámicos caóticos y su geometría. Los problemas estudiados y que componen la presente tesis consisten en: 1.- Estudio clásico y cuántico de la dispersión atómica en superficies conductoras irregulares con una geometría fractal: En esta primera parte, para entender la dinámica de dispersión atómica en presencia de una corrugación realista, nos centrarnos en el estudio de la dispersión elástica átomo-superficie, considerando superficies generadas mediante funciones fractales, como por ejemplo la función de Weierstrass y el Conjunto de Cantor. Analizarnos clásicamente la dinámica atómica a partir del estudio de las funciones de dispersión teniendo en cuenta la determinación de los máximos exponentes de Lyapunov como un indicador de la dinámica caótica y se discute la estadística de los tiempos de supervivencia en la correspondiente dinámica de atrapamiento. En el estudio cuántico, con el objetivo de entender la relación entre la dinámica cuántica del átomo y la estructura irregular de la superficie, representada por un fractal auto-semejante, hemos podido relacionar analíticamente la parte no especular del observable físico “intensidad de dispersión” con la estructura fractal de la superficie. Para este estudio, hemos considerado esencialmente una aproximación a altas energías, es decir, asumimos que el cambio del momento atómico perpendicular a la superficie es mucho mayor que el correspondiente cambio paralelo (Aproximación Súbita). 2.- Estudio de la densidad de corriente electrónica asociada a conductores con geometrías irregulares: Hemos estudiado las propiedades de la densidad de corriente de emisión (J) en frío (T OK) por cátodos conductores con superficies irregulares, analizando como los parámetros geométricos (rugosidad, dimensión fractal global y local) del cátodo conductor están relacionados con la correspondiente emisión electrónica. Para obtener la distribución del potencial eléctrico en la región comprendida entre el ánodo y el cátodo, se ha resuelto numéricamente la ecuación de Laplace con condiciones de periodicidad laterales y manteniendo las fronteras (ánodo-cátodo) bajo una diferencia de potencial fija. A partir del potencial eléctrico obtenido. se calcula la intensidad local del campo eléctrico y la densidad de corriente electrónica mediante la aproximación de Fowler-Nordheim. En primer lugar, hemos estudiado una superficie irregular emisora generada iterativamente por el algoritmo Fractional Brownian Motion (FBM), con exponente de Hurst H 0.3. El segundo tipo de superficie estudiada corresponde a cátodos metálicos modelados por un “array” de estructuras piramidales dispuestas regularmente. Los resultados obtenidos en la superficie FBM, revelan una gran sensibilidad del campo eléctrico respecto a la rugosidad de la frontera irregular. El estudio de los “plots Fowler-Nordheim”, además, ha permitido encontrar la conexión entre el factor de amplificación de campo y propiedades geométricas de las superficies emisoras. Los resultados obtenidos para la superficie catódica, compuesta por un “array” de estructuras piramidales, están en buen acuerdo cualitativo con los experimentales, los cuales muestran que la intensidad de la densidad de corriente de emisión depende fuertemente de la distancia entre pirámides. Este factor constituye un importante criterio para la optimización en el proceso de emisión por campo en dispositivos de escalas nanométricas. Además, hemos estudiado superficies reales de polímeros conductores cuya geometría ha sido determinada por la Microscopía de Fuerza Atómica (AFIVI). Éstas mostraron seguir una dinámica de crecimiento KPZ (Kadar-Parisi-Zhang), de manera que la inclusión de los componentes fractales y Euclídeos en nuestro estudio, nos permite establecer una relación universal entre la densidad de corriente electrónica y la dimensión fractal local. Concluimos esta tesis estudiando el efecto de irregularidades nanométricas de superficies conductoras, en la correspondiente función trabajo, WF. Consideramos un modelo sencillo de fracturas rectangulares y un formalismo clásico para la determinación de WF. Usando el método clásico del potencial imagen ha sido posible determinar una relación entre WF y la longitud de la fractura. Analizamos además las propiedades de emisión centrándonos en el estudio de la respuesta de WF por ocasión de un campo eléctrico externo.