1.1. Introdução

FÍSICA GERAL VI – CAPÍTULO 1 – ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
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1.1. Introdução
Frágil conexão de silícios e pequeninas conexões,
que nada mais são do que borrões de chumbo, a
eletrônica que é tão poderosa em armazenamento,
em comunicação e projeção, revela-se frágil de caráter
e só será onipotente se os homens, que a criaram e a
abastecem de dados, forem cúmplices a ela.
Carlos Heitor Cony, Folha de São Paulo, 25/04/2001
O objetivo deste Capítulo é entender a relação existente entre a Eletrônica (mundo
macroscópico) e a Mecânica Quântica (mundo microscópico). Por mundo macroscópico da
Eletrônica, entendemos os dispositivos baseados nos materiais semicondutores, ao passo que,
por mundo microscópico, entendemos a Natureza em seu nível mais elementar no que se refere
ao comportamento dos elétrons nos átomos. Para buscar este entendimento, seguiremos o
roteiro descrito a seguir.
Inicialmente, faremos uma breve revisão histórica dos avanços da Eletrônica, desde
o seu nascimento com a válvula, passando pela invenção do transistor, até chegar na revolução
trazida pela micro-eletrônica; procuraremos enfatizar o papel da Física do Estado Sólido nesta
evolução;
A seguir, faremos uma abordagem histórica da Mecânica Quântica Antiga,
destacando alguns experimentos importantes que foram determinantes para o advento desta
nova forma de encarar os fenômenos microscópicos. Os experimentos que vamos abordar são a
radiação do corpo negro, o efeito fotoelétrico e a difração de elétrons.
Estes experimentos permitiram que um novo modelo da Natureza fosse construído.
Faremos então uma breve descrição dos alicerces da Mecânica Quântica. Os tópicos que iremos
discutir são os postulados da Mecânica Quântica, a Equação de Schrödinger, e o Princípio da
Incerteza de Heisemberg.
Dentre estes tópicos, aquele que é o mais importante sob o ponto de vista da
aplicabilidade, é a Equação de Schrödinger. Tal equação é a expressão matemática das leis que
governam o mundo microscópico; com ela foi possível fazer previsões a respeito do
comportamento da matéria e da radiação, além da explicação dos resultados experimentais até
então não compreendidos. Para a fixação deste conceito, estudaremos alguns exemplos de
aplicação importantes da Equação de Schrödinger, tais como o estudo das partículas quânticas
sob a ação de alguns potenciais unidimensionais importantes.
A aplicação mais importante da Equação de Schrödinger é no estudo do
comportamento dos elétrons nos átomos. Entende-se por átomo a porção básica da matéria.
Desde a Antigüidade Clássica, o ser humano vem tentando entender como é formada a matéria.
Foi, porém, no início do Século XX com a Mecânica Quântica que pudemos ter o entendimento
preciso do comportamento da matéria no nível microscópico. Assim, na última parte deste
Capítulo, estudaremos a evolução histórica dos modelos atômicos criados pelo ser humano,
culminando com a visão quantum mecânica do átomo.
Entendendo como se comporta o átomo, seremos capazes de compreender as
propriedades dos sólidos sob o ponto de vista da Mecânica Quântica. Em particular, interessanos o comportamento dos semicondutores, que são os materiais que formam a base da
Eletrônica.