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Charla disponible en: http://www.ua.es/personal/jfrossier. De la Mecánica Cuántica al Chip. Joaquín Fernández Rossier, Departamento de Física Aplicada, Universidad de Alicante. 3 de Noviembre de 2004 Fronteras de la Física Universidad de Alicante. . Historia del TRANSISTOR.
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Charla disponible en: http://www.ua.es/individual/jfrossier

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De la Mecánica Cuántica al Chip Joaquín Fernández Rossier, Departamento de Física Aplicada, Universidad de Alicante 3 de Noviembre de 2004 Fronteras de la Física Universidad de Alicante.

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Historia del TRANSISTOR "Historia" de la física del siglo XX (1 ra parte) (según un físico de la "materia condensada" ) Relación entre ciencia básica y tecnología (mecánica cuántica) (TV, PC, SMS) 1897 2000 1947

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Chips, transistores y todo eso

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Un aparato cualquiera

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Un aparato cualquiera ..... por dentro

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Chip= Circuito Integrado

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un transistor

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¿Qué es un transistor? Funcionalmente (I) : grifo (amplificador) de corriente Funcionalmente (II) : "bit" Estructuralmente: una hetero-estructura de materiales semiconductores . Inventado por John Bardeen, Walter Brattain y Willian Schockley (1947, ATT Labs, USA)

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Procesador Pentium= Un Chip con 100 millones de transistores. 1 cm 2/10 8 =10 - 8 cm 2 = (10 - 4 cm) (10 - 4 cm)=(0.1 m) 2

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¿Cómo hemos llegado hasta aquí?

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¿Qué sabían al last del siglo XIX? Movimiento de los planetas: mecánica clásica (NEWTON) Electricidad (rayos, creación y control de la electricidad), magnetismo (imanes, corrientes). Ondas (Sonido, luz) Química (Dalton, Lavoisier, Avogadro, Mendeleev) Termodinámica, Mecánica Estadística (Maxwell, Boltzmann)

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¿Qué NO sabían al last del siglo XIX? ¿De qué están hechas las cosas? ¿Existen los átomos? Propiedades: ¿cantidad, variedad, tamaño, interacciones entre ellos? Relación entre luz y materia Tamaño y origen del universo ADN, neuronas

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Oficina Correos 2000 Oficina Correos 1900 Tubos Neón M.S. Ordenadores M.S. M.S. Plástico

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1897 Descubrimiento del electrón. (Cambridge, UK) J.J. Thompson (1856-1940) descubre el "electrón" (Cambridge, UK) Medida de e/m Premio Nobel Física, 1906

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1897 Descubrimiento del electrón. (Cambridge, UK) Hay "algo" dentro de la materia con carga negativa y muy ligero Tiene que haber algo con carga positiva Primera "partícula" sub-atómica J.J. Thompson (1856-1940) descubre el "electrón" (Cambridge, UK) Premio Nobel Física, 1906

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1900 Cuantización de la energía (Berlin, Alemania) Espectro Emisión Cuerpo negro Intensidad M. Planck (1858-1947) Longitud de onda Premio Nobel Física, 1918

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Cuantizacíon 1900 Constante de Planck "Experience will demonstrate whether this speculation is acknowledged in nature"

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Cuantizacíon 1900 Constante de Planck "Experience will demonstrate whether this theory is acknowledged in nature" MASA=M Velocidad v

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1905 Explicación del movimiento Browniano Relación distancia recorrida y número de Avogadro. Confirmación de teoría atómica Albert Einstein (1879-1955) Premio Nobel Física, 1921 http://www.phys.virginia.edu/classes/252/photoelectric_effect.html

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1905 Explicación del efecto fotoeléctrico Albert Einstein (1879-1955) Premio Nobel Física, 1921 http://www.phys.virginia.edu/classes/252/photoelectric_effect.html

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Explicación del efecto fotoelectrico 1905 Constante de Planck.... OTRA VEZ

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1905 Teoría de la Relatividad Albert Einstein (1879-1955) Premio Nobel Física, 1921 http://www.phys.virginia.edu/classes/252/photoelectric_effect.html

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1905 Confirmación de la hipótesis atómica Confirmación de la hipótesis de Planck Crisis del concepto de tiempo absoluto y reforma de la mecánica de Newton http://www.phys.virginia.edu/classes/252/photoelectric_effect.html

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1905 http://www.physics2005.org/

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Medida de la carga de un electrón 1909 Robert Millikan (1868-1953) Premio Nobel Física, 1923

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Observa estructura atómica= Nucleos + electrones 1911 Ernerst Rutherford (1871-1937) Cambridge (UK), McGill, Montreal (Canada), (Manchester, UK) http://people.hofstra.edu/personnel/Terry_L_Brack/courses/chem3a/components/sld021.htm Premio Nobel Química, 1908 http://www.rutherford.org.nz/biography.htm

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Descripción clásica del H El electrón (carga negativa) gira en torno al protón (carga positiva)

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Descripción clásica del H El electrón (carga negativa) gira en torno al protón (carga positiva)

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Descripción clásica del H El electrón (carga negativa) gira en torno al protón (carga positiva)

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Descripción clásica del H El electrón (carga negativa) gira en torno al protón (carga positiva)

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Descripción clásica del H El electrón (carga negativa) gira en torno al protón (carga positiva)

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Descripción clásica del H El electrón (carga negativa) gira en torno al protón (carga positiva)

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Descripción clásica del H El electrón (carga negativa) gira en torno al protón (carga positiva)

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Problemas: 1) estabilidad de los átomos, 2) Espectro de emisión x

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SOLUCION: Cuantización órbitas atómicas 1913 La energía de los electrones está cuantizada Niels Bohr (1885-1962) (Manchester, UK) (Copenhagen, Denmark) Premio Nobel Física, 1922

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1914 1918 I Guerra Mundial

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1921 Los electrones se comportan a la vez como ondas y como partículas. Louis De Broglie (1892-1987) Premio Nobel Física, 1929

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1921: recapitulando 3 hipótesis fenomenológicas Hipótesis de Planck Modelo Einstein Modelo de Bohr 1 Principio "filosófico": De Broglie Muchos experimentos (Rutherford, Millikan, Cuerpo negro, átomo hidrógeno)

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Formulación de la ecuación general de la mecánica cuántica. 1926 Un electrón queda completamente descrito por su función de onda. = Probabilidad de encontrar electrón en x Erwin Schrodinger (1887-1961) (AUS) Graz, Berlin, Dublin Premio Nobel Física, 1933

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Formulación matricial de la mecánica cuántica. Principio de incertidumbre 1926 W. Heisenberg (1901-1976) Premio Nobel Física, 1932

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El "F=ma" cuántico Ecuación de Schr ö dinger

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Las reglas cuánticas ... Función de onda: descripción más completa Cuadrado de función de onda = PROBABILIDAD de que algo ocurra La función de onda = solución de ecuación de Schrödinger Principio de superposición:

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La molécula de Hidrógeno...

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Mecánica Cuántica Imprescindible para reconciliar hipótesis atómica con experimentos Imprescindible para entender estabilidad de la materia Imprescindible para entender la tabla periódica (química) Nos permite entender la naturaleza an escala atómica

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Paradojas: el gato de Schrodinger

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Mecánica Cuántica: la teoría de TODO + Relatividad Química de Atomos y Moléculas (< 10.000 átomos) Física Nuclear. Física de Partículas Estructura electrónica de sólidos: Metales, aislantes, semiconductores Magnetismo Superconductividad. >10.000 átomos

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Mecánica Cuántica: la teoría de los sólidos Estructura electrónica de sólidos: Metales, aislantes, semiconductores Magnetismo Superconductividad. >10.000 átomos

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¿Qué es un sólido? Una estructura PERIODICAMENTE repetida

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Metal Aislante

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¿Qué pasa con los "semiconductores"? Unas muestras conducen y otras no Portadores de carga positiva La conductividad depende de la temperatura El problema de las interfases Pauli: Semiconductors are the material science of the earth

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E. Fermi (1901-1954) Premio Nobel Física, 1938 Paul Dirac (1902-1984) Cambridge Florida W. Pauli (1900-1958) Premio Nobel Física, 1945 Generalizan mecánica estadística para el caso de electrones 1925 Sociología de los electrones (I) Principio de "exclusión"

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1928 Mecánica Cuántica de los Electrones en un cristal Zonda Prohibida Felix Bloch 1905-1983 (Suiza) Premio Nobel Física, 1952

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1930 1939 "Física del estado sólido" Arnold Sommerfield (Ale): termodinámica de metales A. H. Wilson : Metales versus aislantes Semiconductores E. Wigner, F. Seitz (Princeton, U.S.) : PRIMER CALCULO REALISTA de la ESTRUCTURA ELECTRÓNICA de un SOLIDO J. Bardeen, E. Wigner (Princeton, US) : Función de trabajo de un metal (propiedades de superficies) J. Shockley, J. Slater (M.I.T., US): estados de superficie

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1939 1945 II Guerra Mundial 43 Millones de Muertos Francis Crick: diseño de minas navales (Porstmouth) Bohr, E. Fermi, Teller, Feynman: Los Alamos Manhattan Project J. Bardeen Schrodinger: refugiado en Dublin "What is life" Einstein: Princeton (US)

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1947 J. Bardeen TRANSISTOR (Bell Labs, NJ, USA) Willian Schockley, John Bardeen, Walter Brattain (1947, ATT Labs, USA) Premio Nobel 1956

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un transistor Efecto de las impurezas en la conducción Propiedades de las interfases Conducción a través de interfases Electrones y "huecos"

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Premio Nobel Física, 1956 (por la invención del transistor) Premio Nobel Física, 1972 (por la teoría de la superconductividad)

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1951: Whirlwind Computer – The First to Display Real Time Video

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1955 Primer ordenador con electrónica Completamente transistorizada .

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1958 J. Kilby (Texas Instruments, US) inventa el circuito integrado Premio Nobel Física, 2000

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1959 In

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