AFM y STM: Microscopía de barrido por sonda
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- Andrés Macías Padilla
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1 AFM y STM: Microscopía de barrido por sonda 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
2 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. fotodetector láser cantiléver Procesador de datos Retroalimentación electrónica piezoeléctrico muestra 2
3 fotodetector láser cantiléver Procesador de datos Retroalimentación electrónica piezoeléctrico muestra 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
4 Fuerza 04/11/2012 Contacto Fuerza repulsiva Distancia punta-muestra No contacto Fuerza atractiva Contacto No contacto Semi-contacto 4
5 fotodetector láser cantiléver Procesador de datos Retroalimentación electrónica piezoeléctrico muestra fotodetector láser cantiléver Procesador de datos Retroalimentación electrónica piezoeléctrico muestra 5
6 fotodetector láser cantiléver Procesador de datos Retroalimentación electrónica piezoeléctrico muestra fotodetector láser cantiléver Procesador de datos Retroalimentación electrónica piezoeléctrico muestra 6
7 Interacción Distancia 04/11/2012 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. Independientemente de la interacción que se mida, se pueden distinguir dos modos de trabajo: -Interacción constante 7
8 Interacción Distancia 04/11/2012 Independientemente de la interacción que se mida, se pueden distinguir dos modos de trabajo: -Distancia punta-muestra constante Grafeno oxidado Nanotubos 8
9 Nano-islas de Si Linfocitos Helicobacteria DNA 9
10 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 Ventajas: Modo semi-contacto 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
11 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 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
12 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 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 son de W (pulidas electroquímicamente), Pd, Pt-Ir. 12
13 Grafeno Nanotubo 13
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