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Introducción
Los desarrollos en tecnologías modernas involucran procesamiento de materiales con propiedades novedosas en los cuales las superficies e interfaces juegan un papel relevante1. Las interfaces dominan en muchos productos del mundo moderno a todo nivel: electrónica, informática y comunicaciones, medicina, agricultura, energía, transporte, etc.2 Los sistemas con interfaces son importantes en los recubrimientos para grabación de información digital óptica ó magnética, en el mejoramiento de propiedades mecánicas y tribológicas, en propiedades de transporte térmico, en propiedades químicas, como corrosión; entre muchas otras aplicaciones3,4. Debido a que la relación superficie a volumen se incrementa en varios órdenes de magnitud en la medida en que el tamaño de la muestra disminuye, así sea en una sola de sus dimensiones, el desempeño o funcionalidad del material está determinado más por las propiedades de su superficie que por las del volumen: efecto de tamaño5. Esto es, las propiedades de los materiales son, en gran medida, expresadas en términos de escalas de longitud y sus interacciones, esto es, están determinadas en general por la competencia ó el acoplamiento entre dos dependencias de tamaño. Así pues, tenemos que tratar con la interacción de dos escalas de longitud: uno es la dimensión característica de los fenómenos físicos involucrados, llamada la longitud característica. El otro es una dimensión microestructural, que se denota como el parámetro de tamaño. El rango en el que estas dos cantidades se superponen es de particular interés: las leyes válidas para el material en bloque (tamaño convencional) aquí se rompen con frecuencia e incluso pueden ser no válidas. En el contexto de la física del estado sólido definimos una interfaz como la superficie límite entre dos materiales; llamamos superficie a la región cuyo espesor está en el rango entre 2 a 10 planos atómicos. Adicionalmente, las interacciones atómicas y moleculares que predominan en la interfaz entre dos materiales con inestabilidades estructurales, ó con propiedades electrónicas y magnéticas diferentes entran en contacto atómico, lo cual ha dado lugar a una nueva física sin precedentes que emerge en las interfaces6,7.
Una manera de disminuir el tamaño o volumen de un material es creciendo un material en forma de película delgada. El material crece átomo a átomo sobre un substrato con espesores en el rango de 100 nm, pero puede llegar a ser tan delgada como el espesor de algunos planos atómicos (2 nm). Cuando un material se adelgaza (mecánicamente, electrolíticamente, por bombardeo con iones, etc.) no necesita de un substrato, entonces hablamos de una lámina delgada. Las técnicas de crecimiento de películas son muy variadas. El crecer un material átomo a átomo sobre un sustrato hace que las propiedades del material sean diferentes a las del material en bloque8. Tal vez la primera contribución a cambios en las propiedades se deba a la tensión interfacial, esto es, aquella fuerza mecánica en la interfaz sustrato/película ó película/película debida a interacciones intermoleculares; cerca de la superficie las moléculas se atraen con mayor intensidad. En general los materiales crecidos en forma de película delgada, comparados con el material en bloque, son menos densos, crecen bajo tensión interna, con defectos cristalinos diferentes, fuertemente influenciados por los efectos de superficie y de interfaz debido a que los átomos en la superficie no tienen átomos para enlazarse ó se enlazan a otros con propiedades electrónicas diferentes. Así, el enlace atómico cambia y con ello sus propiedades mecánicas; los portadores de carga son dispersados por la superficie o la interfaz entre película y sustrato, ó entre dos materiales diferentes, cambiando sus propiedades eléctricas; la interacción entre momentos magnéticos se ve afectada cambiando las propiedades magnéticas; los átomos del volumen pueden segregarse hacia la superficie para minimizar la energía libre cambiando sus propiedades químicas; etc.
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Las propiedades físicas alteran solo la superficie de la materia.
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