La deposición es un mecanismo que recupera el comportamiento clásico de un sistema cuántico . Se refiere a las formas en que la coherencia causada por la perturbación decae con el tiempo y el sistema vuelve al estado anterior a la perturbación. Es un efecto importante en la espectroscopia molecular y atómica , y en la física de la materia condensada de los dispositivos mesoscópicos .
La razón puede entenderse fácilmente si podemos ver la conducción en metales como un fenómeno clásico típico con efectos cuánticos integrados en una masa efectiva que puede computarse cuánticamente mecánicamente, como también sucede con la resistencia que puede verse como un efecto de dispersión de los electrones de conducción. Cuando se baja la temperatura y se reducen significativamente las dimensiones del dispositivo, este comportamiento clásico debería desaparecer y las leyes de la mecánica cuántica deberían regir el comportamiento de los electrones conductores vistos como ondas que se mueven balísticamente dentro del conductor sin ningún tipo de disipación. La mayoría de las veces esto es lo que uno observa. Pero pareció una sorpresa descubrir que el llamado tiempo de desfase, ese es el tiempo que tardan los electrones conductores en perder su comportamiento cuántico, se vuelve finito en lugar de infinito cuando la temperatura se aproxima a cero en dispositivos mesoscópicos que violan las expectativas de la teoría de Altshuler, Aronov y Khmelnitskii (consulte la cita a continuación). Este tipo de saturación del tiempo de desfase a bajas temperaturas es un problema abierto, incluso cuando se han presentado varias propuestas.
La coherencia de una muestra se explica por los elementos fuera de la diagonal de una matriz de densidad . Un campo eléctrico o magnético externo puede crear coherencia entre dos estados cuánticos en una muestra si la frecuencia corresponde a la brecha de energía entre los dos estados. Los términos de coherencia decaen con el tiempo de desfase, T 2 .
Después de crearse la coherencia en una muestra por luz, la muestra emite una onda de polarización , cuya frecuencia es igual y su fase se invierte desde la luz incidente. Además, la muestra se excita con la luz incidente y se genera una población de moléculas en el estado excitado. La luz que pasa a través de la muestra se absorbe debido a estos dos procesos, y se expresa mediante un espectro de absorción . La coherencia decae con la constante de tiempo, T 2 , y se reduce la intensidad de la onda de polarización. La población del estado excitado también decae con la constante de tiempo de la relajación longitudinal , T 1 . La constante de tiempoT 2es generalmente mucho más pequeño que T 1 , y el ancho de banda del espectro de absorción está relacionado con estas constantes de tiempo por la transformada de Fourier , por lo que la constante de tiempo T 2 es un contribuyente principal al ancho de banda. La constante de tiempo T 2 se ha medido con espectroscopiaultrarrápida de resolución temporal directamente, como en experimentos de eco de fotones.
¿Cuál es la tasa de desfase de una partícula que tiene una energía E si está sujeta a un entorno fluctuante que tiene una temperatura T? En particular, ¿cuál es la tasa de desfase cerca del equilibrio (E ~ T) y qué ocurre en el límite de temperatura cero? Esta pregunta ha fascinado a la comunidad mesoscópica durante las últimas dos décadas (consulte las referencias a continuación).
El torneado diamantado está girando con el diamante como herramienta de corte . Es un proceso de mecanizado mecánico de elementos de precisión que utilizan tornos o máquinas herramientas derivadas (p. Ej., Tornos , transferencias rotativas) equipadas con brocas para herramientas con punta de diamante natural o sintético . El término torneado de diamante de punto único ( SPDT ) a veces se aplica, aunque al igual que en otros trabajos de torno, la etiqueta de "punto único" a veces es solo nominal (las opciones son las narices de herramientas con forma de radio y las herramientas de forma contorneada). El proceso de torneado de diamante es ampliamente utilizado para fabricar elementos ópticos asféricos de alta calidad a partir deCristales , metales , acrílicos , y otros materiales. La óptica de plástico se moldea con frecuencia utilizando insertos de moldes torneados en diamante. Los elementos ópticos producidos mediante torneado de diamante se utilizan en conjuntos ópticos en telescopios , proyectores de video , sistemas de guía de misiles , láseres, instrumentos de investigación científica y muchos otros sistemas y dispositivos. La mayoría de los SPDT de hoy en día se realizan con máquinas herramientas de control numérico por computadora (CNC). Los diamantes también sirven en otros procesos de mecanizado, tales como fresado, rectificado y rectificado. Las superficies torneadas en diamante tienen un alto brillo especular y no requieren pulido ni pulido adicional, a diferencia de otras superficies maquinadas convencionalmente.
Proceso [ editar ]
El torneado de diamantes es un proceso de múltiples etapas. Las etapas iniciales del mecanizado se llevan a cabo utilizando una serie de tornos CNC de precisión cada vez mayor. Se utiliza una herramienta de torno con punta de diamante en las etapas finales del proceso de fabricación para lograr acabados de superficie de nivel sub- nanométrico y precisiones de forma submicrométrica . [ cita requerida ] La calidad del acabado de la superficie se mide como la distancia de pico a valle de las ranuras dejadas por el torno. La precisión de la forma se mide como una desviación media de la forma ideal del objetivo. La calidad del acabado de la superficie y la precisión de la forma se controlan durante todo el proceso de fabricación utilizando equipos como los perfiles de contacto y láser , láserInterferómetros , microscopios ópticos y electrónicos . El torneado con diamante se usa con mayor frecuencia para hacer óptica infrarroja, porque en longitudes de onda más largas, el rendimiento óptico es menos sensible a la calidad del acabado de la superficie, y porque muchos de los materiales utilizados son difíciles de pulir con los métodos tradicionales.
El control de la temperatura es crucial, porque la superficie debe ser precisa en escalas de distancia más cortas que la longitud de onda de la luz. Los cambios de temperatura de unos pocos grados durante el mecanizado pueden alterar la forma de la superficie lo suficiente como para tener un efecto. El eje principal se puede enfriar con un líquido refrigerante para evitar desviaciones de temperatura.
Los diamantes que se utilizan en el proceso son increíblemente fuertes en la dirección vertical hacia abajo, pero muy débiles en las direcciones hacia arriba y hacia los lados.
La máquina herramienta [ editar ]
Para obtener la mejor calidad posible, los diamantes naturales se utilizan como elementos de corte de un solo punto durante las etapas finales del proceso de mecanizado. Un torno CNC SPDT se apoya sobre una base de granito de alta calidad con calidad de acabado de superficie micrométrica. La base de granito se coloca en suspensión neumática sobre una base sólida, manteniendo su superficie de trabajo estrictamente horizontal. Los componentes de la máquina herramienta se colocan en la parte superior de la base de granito y se pueden mover con un alto grado de precisión utilizando un cojín de aire a alta presión o una suspensión hidráulica. El elemento mecanizado está unido a un mandril neumático con una presión de aire negativa y, por lo general, se centra manualmente con un micrómetro. El mandril en sí está separado del motor eléctrico que lo hace girar por otra suspensión neumática.
La herramienta de corte se mueve con precisión por debajo de la micra mediante una combinación de motores eléctricos y actuadores piezoeléctricos . Al igual que con otras máquinas CNC, el movimiento de la herramienta se controla mediante una lista de coordenadas generadas por una computadora. Por lo general, la parte que se creará se describe primero con un modelo CAD , luego se convierte en código G con un programa CAM , y la computadora de control de la máquina ejecuta el código G para mover la herramienta de corte. [ cita requerida ] La superficie final se logra con una serie de pases de corte de profundidad decreciente.
Los métodos alternativos de mecanizado de diamante en la práctica también incluyen el corte con mosca de diamante y el fresado de diamante. El corte con mosca de diamante se puede utilizar para generar rejillas de difracción y otros patrones lineales con formas de diamante adecuadamente contorneadas. El fresado de diamante se puede utilizar para generar matrices de lentes asféricas mediante métodos de corte de anillo con una herramienta de diamante esférico.
Materiales [ editar ]
El torneado con diamante es especialmente útil cuando se cortan materiales que son viables como componentes ópticos infrarrojos y ciertos componentes ópticos no lineales, como KDP . KDP es un material perfecto en la aplicación para torneado de diamante, porque el material es muy deseable por sus propiedades de modulación óptica , pero es imposible hacer óptica a partir de este material utilizando métodos convencionales. El KDP es soluble en agua, por lo que las técnicas convencionales de rectificado y pulido no son efectivas para producir ópticas. El torneado con diamante funciona bien para producir ópticas desde KDP.
Generalmente, el torneado de diamante está restringido a ciertos materiales. Los materiales que se pueden mecanizar fácilmente incluyen: [1]
- Plástica
- Rieles
- Aluminio y aleaciones de aluminio.
- Latón
- Cobre
- Oro
- Aleación de níquel-fósforo, depositada vía niquelado electrolítico o no electrolítico sobre otros materiales.
- Plata
- Estaño
- Zinc
- Cristales de infrarrojos
Los materiales solicitados con mayor frecuencia que no son fácilmente mecanizables son: [1]
- Vidrios y cerámicas a base de silicona.
- Materiales ferrosos ( acero , hierro )
- Berilio
- Titanio
- Molibdeno
- Níquel (excepto el niquelado electrolítico)
Los materiales ferrosos no se pueden mecanizar fácilmente porque el carbono en la herramienta de diamante reacciona químicamente con el sustrato, lo que provoca daños en la herramienta y se atenúa después de los cortes cortos. Se han investigado varias técnicas para prevenir esta reacción, pero pocas han tenido éxito en los procesos de mecanizado de diamantes largos a escalas de producción en masa.
La mejora de la vida útil de la herramienta ha sido considerada en el torneado de diamante, ya que la herramienta es costosa. Los procesos híbridos, como el mecanizado asistido por láser, han surgido recientemente en esta industria. [2] El láser suaviza materiales duros y difíciles de mecanizar, como la cerámica y los semiconductores, lo que facilita su corte. [3]
Control de calidad [ editar ]
A pesar de toda la automatización involucrada en el proceso de torneado de diamante, el operador humano aún desempeña el papel principal para lograr el resultado final. El control de calidad es una parte importante del proceso de torneado de diamante y se requiere después de cada etapa del mecanizado, a veces después de cada pasada de la herramienta de corte. Si no se detecta de inmediato, incluso un error de un minuto durante cualquiera de las etapas de corte da como resultado una pieza defectuosa. Los requisitos extremadamente altos para la calidad de las ópticas torneadas en diamante prácticamente no dejan margen para el error.
El proceso de fabricación de SPDT produce un porcentaje relativamente alto de piezas defectuosas, que deben desecharse. Como resultado, los costos de fabricación son altos en comparación con los métodos de pulido convencionales. Incluso con el volumen relativamente alto de componentes ópticos fabricados utilizando el proceso SPDT, este proceso no puede clasificarse como producción en masa, especialmente cuando se compara con la producción de ópticas pulidas. Cada elemento óptico torneado en diamante se fabrica de forma individual con un extenso trabajo manual.
El vidrio dicroico es vidrio que muestra dos colores diferentes al sufrir un cambio de color en ciertas condiciones de iluminación.
Un material dicroico es un vidrio compuesto moderno no translúcido que se produce al apilar capas de vidrio y microcapas de metales u óxidosque dan colores al vidrio cambiando según el ángulo de visión, lo que hace que se muestre una variedad de colores como una Ejemplo de óptica de película delgada . El vidrio resultante se utiliza para fines decorativos, como vitrales , joyas y otras formas de arte en vidrio. El título comercial de " dicroico " también puede mostrar tres o más colores (tricroicos o pleocroicos ) e incluso iridiscencia en algunos casos. El termino dicroico se usa de manera más precisa al etiquetar filtros de interferencia para uso de laboratorio.
Otro material de vidrio dicroico apareció por primera vez en unas pocas piezas de vidrio romano del siglo IV y consiste en un vidrio translúcido que contiene partículas de oro y plata coloidales dispersas en la matriz del vidrio en ciertas proporciones, de modo que el vidrio tiene la propiedad de mostrar un color transmitido particular y un color reflejado completamente diferente, ya que ciertas longitudes de onda de la luz pasan o se reflejan. [1] En el antiguo vaso dicroico, como se ve en la pieza más famosa, la copa Lycurgus delsiglo IV en el Museo Británico, el vidrio tiene un color verde cuando está iluminado desde el frente en luz reflejada, y otro, de color rojo púrpura, cuando está encendido desde dentro o detrás de la taza para que la luz pase a través del vidrio. Esto no se debe a la alternancia de películas finas de metal, sino a partículas de plata y oro coloidales dispersas en todo el vidrio, en un efecto similar al que se ve en el vidrio de rubí dorado , aunque solo tiene un color, independientemente de la iluminación.
Invención [ editar ]
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| La copa de Lycurgus del siglo IV tal como aparece cuando está encendida en la parte de atrás y cuando está en la parte delantera, respectivamente | |
El vidrio dicroico moderno está disponible como resultado de la investigación de materiales realizada por la NASA y sus contratistas, [4] quienes la desarrollaron para su uso en filtros dicroicos . Sin embargo, el vidrio que cambia de color se remonta al menos al siglo IV dC, aunque solo unas pocas piezas, en su mayoría fragmentos, sobreviven. También se hizo en el Renacimiento en Venecia y por imitadores en otros lugares; Estas piezas también son raras. [5]
Fabricación de vidrio dicroico moderno [ editar ]
Múltiples capas ultra delgadas de diferentes metales (como el oro o la plata ); óxidos de metales tales como titanio , cromo , aluminio , zirconio o magnesio ; o sílice son vaporizados por un haz de electrones en una cámara de vacío . Luego, el vapor se condensa en la superficie del vidrio en forma de una estructura de cristal. A veces se agrega una capa protectora de cristal de cuarzo . [6] Otras variantes de tal deposición física de vapor (PVD)También son posibles los recubrimientos. El vidrio acabado puede tener de 30 [6] a 50 capas de estos materiales, pero el grosor del recubrimiento total es de aproximadamente 30 [6] a 35 millonésimas de pulgada (aproximadamente 760 a 890 nm). El revestimiento que se crea es muy similar a una piedra preciosa y, mediante un control cuidadoso del grosor, se pueden obtener diferentes colores.
La luz total que llega a la capa dicroica es igual a las longitudes de onda reflejadas más las longitudes de onda que pasan a través de la capa dicroica.
Una placa de vidrio dicroico se puede fusionar con otro vidrio en múltiples cocciones. Debido a las variaciones en el proceso de cocción, los resultados individuales nunca se pueden predecir con exactitud, por lo que cada pieza de vidrio dicroico fundido es única. [7] Más de 45 colores de recubrimientos dicroicos están disponibles para ser colocados sobre cualquier sustrato de vidrio. [6]
Usos [ editar ]
Óptica [ editar ]
El vidrio dicroico se utiliza en varios filtros ópticos dicroicos para seleccionar bandas estrechas de colores espectrales , por ejemplo, en microscopía de fluorescencia , proyectores LCD o películas en 3D .
Artistas [ editar ]
El vidrio dicroico ahora está disponible para los artistas a través de los fabricantes de recubrimientos dicroicos. Los artistas del vidrio a menudo se refieren al vidrio dicroico como "dicro". [8]
Las imágenes pueden formarse eliminando el revestimiento dicroico de las partes del vidrio, creando desde patrones abstractos hasta letras, animales o caras. El método estándar para la eliminación de precisión del recubrimiento implica un láser .
El vidrio dicroico está diseñado específicamente para trabajar en caliente, pero también se puede utilizar en su forma original. Los elementos de vidrio esculpidos que han sido moldeados por el calor extremo y luego fusionados pueden también recubrirse con dicroicos para hacerlos reflejar una variedad de colores.
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