Curso de Introducción a la Ciencia de Materiales y Nanomateriales

Transcripción

1 Curso de Introducción a la Ciencia de Materiales y Nanomateriales TÉCNICAS DE MICROSCOPÍA Rafael Mata Sanz 9 de julio de 2018

2 Necesidad de ver Microscopía óptica Microscopía electrónica de barrido (SEM) Microscopía de fuerza atómica (AFM)

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4 En 1266, Roger Bacon, filósofo, teólogo y fraile franciscano, talló las primeras lentes con forma de lenteja. El paso siguiente fue montar estas lentes en un armazón, lo que ocurrió entre los años 1285 y 1300.

5 La lupa es un instrumento óptico que consta de una lente convergente de corta distancia focal, que desvía la luz incidente de modo que se forma una imagen virtual ampliada del objeto.

6 Alessandro Della Spina fraile de la cuidad de Pisa, Italia, fue quien inventó los anteojos a finales del siglo XIII. El éxito fue tal que el gremio de vidrieros de Venecia se enriqueció.

7 Zacharias Janssen, el inventor del microscopio. Janssen provenía de una familia de fabricantes de lentes y fue él quien desarrolló el microscopio, comenzando a utilizarlo en 1595, quince años antes de la fecha que se maneja según la teoría de la invención por Galileo.

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9 Epidermis de una cebolla

10 Glucagón: un simple espectador o un jugador clave en la fisiopatología de la diabetes? /j.avdiab Imágenes tomadas con microscopio óptico de un corte de páncreas humano. 2A: vista con objetivo de bajo aumento (20X) donde se muestra uno de los islotes de Langerhans (en el centro). Las flechas señalan capilares distribuidos en toda la estructura del islote. A estas imágenes les falta algo

11 El microscopio óptico tiene un limite resolución de cerca de 200 nm (0.2 µm ). Este limite se debe a la longitud de onda de la luz ( µm ). Las células observadas bajo el microscopio óptico pueden estar vivas o fijadas y teñidas. Glóbulos rojos

12 Para mayor resolución necesitamos disminuir la longitud de onda Qué franja del espectro visible utilizamos?

13 Para mayor resolución necesitamos disminuir la longitud de onda Qué franja del espectro visible utilizamos? Ninguna, porque nuestros ojos no la verían!

14 Joseph John "J.J." Thomson, (Mánchester, Inglaterra, 18 de diciembre de Cambridge, Inglaterra, 30 de agosto de 1940) fue un científico británico, descubridor del electrón, de los isótopos e inventor del espectrómetro de masa. En 1906 fue galardonado con el Premio Nobel de Física.

15 Príncipe Louis-Victor Pierre Raymond de Broglie (Dieppe, Francia; 15 de agosto de 1892-París, 19 de marzo de 1987) séptimo duque de Broglie, y par de Francia, fue un físico francés conocido a veces en castellano como Luis de Broglie. De Broglie estableció que cualquier partícula que lleva una determinada velocidad, se comporta como una onda de una determinada longitud de onda y relacionó longitud de onda y momento lineal (cantidad de movimiento) con la expresión λ=h/p=h/(mv), siendo h la constante de Planck, m la masa y v la velocidad. V λ

16 Apoyándose en los trabajos de Max Knoll de los años 1930 fue Manfred von Ardenne quien logró inventar el MEB en 1937 que consistía en un haz de electrones que barría la superficie de la muestra a analizar, que, en respuesta, reemitía algunas partículas. Estas partículas son analizadas por los diferentes sensores que hacen que sea posible la reconstrucción de una imagen tridimensional de la superficie.

17 En el microscopio electrónico de barrido es necesario acelerar los electrones en un campo eléctrico, para aprovechar de esta manera su comportamiento ondulatorio, lo cual se lleva a cabo en la columna del microscopio, donde se aceleran mediante una diferencia de potencial que puede ir desde 50 hasta voltios.

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19 Las muestras tienen que ser conductoras! Vuelve a faltar algo en las imágenes

20 Resolución 15 nm

21 Os habéis fijado en que todas las imágenes que hemos visto hasta ahora son 2D (plano XY)? No tenemos resolución en la dirección z!

22 Gerd Binning y Heinrich Rohrer fueron galardonados con el Premio Nobel de Física en el año 1986 por su trabajo en microscopía de efecto túnel (STM de sus siglas en inglés Scanning Tunneling Microscopy desarrollado en 1981). Binnig y Rohrer fueron reconocidos por el desarrollo de la técnica de STM, técnica que permite formar una imagen topográfica en escalas que pueden ir desde cientos de micras (1x10-6 m) hasta la escala nanométrica (1x10-9 m), e incluso a escala atómica (1x10-10 m) sobre la superficie de un material conductor o semiconductor mediante el barrido de una punta sumamente aguda conductora de una corriente eléctrica a una distancia de unos pocos nanómetros.

23 Canal de retroalimentación: corriente túnel Átomos de Cu Átomos de Xe

24 La historia de un niño y su átomo

25 In 1993 D. Eigler and his collaborators created a so-called "quantum corral" by placing 48 iron atoms in a circle on a copper surface and thus demonstrated a shining example of forming nano-objects through the manipulation of individual atoms with the use of scanning tunneling microscopy (STM). A quantum corral acts as a two-dimensional cylindrical quantum well confining surface state electrons. Circular waves observed inside the corral in the STM image are standing waves of electron density, whose existence is predicted by Schrodinger's equation for those boundary conditions.

26 STM Scanning Tunneling Microscopy AFM Atomic Force Microscopy

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29 Canal de retroalimentación: amplitud 2D?

30 Por fin! Información en la dirección Z Effect of annealing on the growth dynamics of ZnPc (Zinc phthalocyanine) LB thin film and its surface morphology Effect of annealing on the growth dynamics of ZnPc LB thin film and its surface morphology DOI / Máxima resolución en Z:

31 Sí, pero en el plano XY hemos sacrificado la resolución

32 Esta técnica ha derivado hasta tal punto que se pueden hacer estudios de: AFM, MFM, KP, EFM, Electrical AFM, Adhesión superficial (dureza del material), etc

33 GRACIAS POR VUESTRA ATENCIÓN