AFM y STM: Microscopía de barrido por sonda
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04/11/2012 AFM y STM: Microscopía de barrido por sonda Microscopía de barrido por sonda (AFM y STM) Un conjunto de formas de microscopía donde una sonda puntiaguda barre la superficie de una muestra, registrándose las interacciones que ocurren entre la punta y la muestra. Microscopía de fuerza atómica: AFM -Modo contacto -Modo no contacto -Modo semi-contacto (intermitente o tapping) Microscopía de efecto túnel: STM (Muestras conductoras) 1 04/11/2012 Microscopía de barrido por sonda (AFM y STM) Microscopía de Fuerza Atómica Barre la superficie de una muestra con una punta muy aguda, de un par de micras de largo y menos de 100 Å de diámetro La punta se localiza al final del brazo del cantiléver que mide de 100 a 200 micras de largo. La fuerza entre la punta y la superficie de la muestra hace que el cantiléver se doble o flexione. Un detector mide esta flexión que ocurre cuando la punta barre la superficie y con ello se obtiene un mapa topográfico. Microscopía de barrido por sonda (AFM y STM) fotodetector láser cantiléver muestra Procesador de datos Retroalimentación electrónica piezoeléctrico 2 04/11/2012 Microscopía de barrido por sonda (AFM y STM) fotodetector láser cantiléver muestra Procesador de datos Retroalimentación electrónica piezoeléctrico Microscopía de barrido por sonda (AFM y STM) Microscopía de Fuerza Atómica Este tipo de medida se puede aplicar a materiales aislantes, semiconductores o conductores. Las fuerzas que contribuyen a la flexión del cantiléver son variadas pero la más común es la fuerza de van der Waals. 3 04/11/2012 Fuerza Microscopía de barrido por sonda (AFM y STM) Fuerza repulsiva Contacto Distancia punta-muestra Fuerza atractiva No contacto Contacto No contacto Semi-contacto Microscopía de barrido por sonda (AFM y STM) 4 04/11/2012 Microscopía de barrido por sonda (AFM y STM) láser fotodetector cantiléver muestra Procesador de datos Retroalimentación electrónica piezoeléctrico Microscopía de barrido por sonda (AFM y STM) láser fotodetector cantiléver muestra Procesador de datos Retroalimentación electrónica piezoeléctrico 5 04/11/2012 Microscopía de barrido por sonda (AFM y STM) láser fotodetector cantiléver muestra Procesador de datos Retroalimentación electrónica piezoeléctrico Microscopía de barrido por sonda (AFM y STM) láser fotodetector cantiléver muestra Procesador de datos Retroalimentación electrónica piezoeléctrico 6 04/11/2012 Microscopía de barrido por sonda (AFM y STM) Durante el barrido se forma una imagen de la variación de la interacción de la punta con la muestra en función de la posición en la superficie. Microscopía de barrido por sonda (AFM y STM) Distancia Interacción Independientemente de la interacción que se mida, se pueden distinguir dos modos de trabajo: -Interacción constante 7 04/11/2012 Microscopía de barrido por sonda (AFM y STM) Distancia Interacción Independientemente de la interacción que se mida, se pueden distinguir dos modos de trabajo: -Distancia punta-muestra constante Microscopía de barrido por sonda (AFM y STM) Grafeno oxidado Nanotubos 8 04/11/2012 Microscopía de barrido por sonda (AFM y STM) Nano-islas de Si Linfocitos Microscopía de barrido por sonda (AFM y STM) Helicobacteria DNA 9 04/11/2012 Microscopía de barrido por sonda (AFM y STM) Modo contacto Ventajas: Alta velocidad de barrido Resolución atómica Mide cambios bruscos en topografía Desventajas: Fuerzas laterales con posible distorsión de la imagen Posible aparición de fuerzas normales fuertes La combinación de las fuerzas anteriores puede disminuir la resolución espacial y dañar muestras blandas Microscopía de barrido por sonda (AFM y STM) Modo semi-contacto Ventajas: Mayor resolución lateral Fuerzas más débiles y por tanto menor daño a la muestra Desventajas: Ligeramente menor velocidad de barrido que en modo contacto 10 04/11/2012 Microscopía de barrido por sonda (AFM y STM) Modo no contacto Ventajas: Ausencia de fuerzas aplicadas sobre la muestra Desventajas: Menor resolución lateral Menor velocidad de barrido Útil para muestras hidrófobas Microscopía de barrido por sonda (AFM y STM) Microscopía de Efecto Túnel Se utiliza una punta muy aguda y conductora, y se aplica un voltaje entre la punta y la muestra. Cuando la punta se acerca a unos 10 Å a la muestra, los electrones de la muestra fluyen hacia la punta por efecto túnel o viceversa según el signo del voltaje aplicado. Para que ocurra una corriente túnel tanto la muestra como la punta han de ser conductores o semiconductores. La imagen obtenida corresponde a la densidad electrónica de los estados de la superficie. 11 04/11/2012 Microscopía de barrido por sonda (AFM y STM) Microscopía de Efecto Túnel La corriente túnel es una función que varía de modo exponencial con la distancia. Esta dependencia exponencial hace que la técnica STM tenga muy alta sensibilidad, pudiéndose obtener imágenes con resoluciones de sub-angstrom. Esta técnica se puede utilizar en modo de distancia puntamuestra constante o corriente constante. La principal ventaja de esta técnica es la resolución a escala atómica que ofrece. Para conseguir este tipo de resolución se ha de trabajar sobre muy buenos conductores (Pt, Au, Cu, Ag). Microscopía de barrido por sonda (AFM y STM) Microscopía de Efecto Túnel Se ha de trabajar in-situ (evitar oxidación o contaminación de la superficie), al vacío o a baja temperatura, donde el ambiente permite una adecuada preparación de las muestras. La principal limitación de la técnica está en la imposibilidad de trabajar con muestras aislantes. Las puntas que se utilizan electroquímicamente), Pd, Pt-Ir. son de W (pulidas 12 04/11/2012 Microscopía de barrido por sonda (AFM y STM) Grafeno Nanotubo 13
