Guía docente de la asignatura

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1 Guía docente de la asignatura Asignatura MICROSCOPÍA Materia Módulo Titulación INSTRUMENTACIÓN CIENTÍFICA Y TÉCNICA MÁSTER EN FÍSICA Plan 570 Código Periodo de impartición 1º CUATRIMESTRE Tipo/Carácter OPTATIVA Nivel/Ciclo MÁSTER Curso 1º Créditos ECTS 3 Lengua en que se imparte Profesor/es responsable/s CASTELLANO Juan JIMÉNEZ LÓPEZ y Oscar MARTÍNEZ SACRISTÁN (Física de la Materia Condensada) / Pedro PRÁDANOS DEL PICO (Física Aplicada) Juan Jiménez Teléf. despacho: Despacho: B246 jiménez@fmc.uva.es Datos de contacto ( , teléfono ) Oscar Martínez Teléf. despacho: Despacho: B246 oscar@fmc.uva.es Pedro Prádanos Teléf. despacho: Despacho: B304 pradanos@termo.uva.es Horario de tutorías Departamento Véase Centros Campus de Valladolid Facultad de Ciencias Tutorías FÍSICA APLICADA Y DEPARTAMENTO DE FÍSICA DE LA MATERIA CONDENSADA, CRISTALOGRAFÍA Y MINERALOGÍA 1 de 6

2 1. Situación / Sentido de la Asignatura 1.1 Contextualización Curso trimestral de 30 horas lectivas, 10 en aula y 20 en laboratorio. Para ser impartidas en el segundo trimestre del primer semestre. Es una asignatura con un alto carácter instrumental enfocado principalmente a la caracterización de materiales. 1.2 Relación con otras materias Esta Materia tiene un cierto carácter transversal: Se encuadra en el módulo de instrumentación, tomando conceptos de otras materias del Máster y el Grado en Física; y los aplica especialmente al análisis de materiales. 1.3 Prerrequisitos Se recomienda que los alumnos sean Licenciados o Graduados en Física, o procedentes de otras áreas de formación afines, como son la Química, o las Ingenierías Industriales, o de Telecomunicaciones, entre otras. 2. Competencias 2.1 Generales G1. Capacidad de aplicación de conocimientos adquiridos. G2. Capacidad crítica, de análisis y síntesis. G4. Capacidad de aprendizaje autónomo. G5. Capacidad de trabajo en equipo. 2.2 Específicas C2. Capacidad de diseño e integración de sistemas de instrumentación en el ámbito científico y tecnológico. C3. Capacidad para establecer órdenes de magnitud y para elegir el sistema de medida más adecuado en cada caso. C4. Capacidad para extraer información relevante de grandes conjuntos de datos experimentales utilizando tratamientos estadísticos adecuados. C6. Capacidad para optimizar recursos. C7. Capacidad de adaptación a nuevas situaciones. 2 de 6

3 3. Objetivos GENERALES: - Manejar con soltura instrumentos básicos de laboratorio los que se de acceso. - Dominar diferentes tipos de representaciones gráficas y de tratamiento numérico de datos. - Conseguir una sólida formación en las técnicas de medida que hoy en día se emplean en laboratorios tanto de investigación como industriales, así como sus correspondientes aplicaciones. ESPECÍFICOS - Conocimientos de los principios físicos y de funcionamientos de los sistemas microscópicos de sonda de barrido: Microscopía de Fuerza Atómica y Efecto Túnel AFM-STM. - Estudio de propiedades microscópicas superficiales mediante AFM y STM. - Microscopías ópticas en Física: confocalidad y campo próximo. - Microscopía Electrónica: de barrido (SEM) y de transmisión (TEM) 4. Tabla de dedicación del estudiante a la asignatura ACTIVIDADES PRESENCIALES HORAS TRABAJO PERSONAL DEL ALUMNO HORAS Clases en aula 8 Estudio autónomo y resolución de problemas Trabajo de laboratorio 20 Redacción de informes de laboratorio 20 Tutorías, seminarios y presentaciones de trabajos, sesiones de evaluación 2 Búsquedas bibliográficas 5 TOTAL PRESENCIAL 30 TOTAL PERSONAL Bloques temáticos Bloque 1: Introducción a técnicas microscópicas a. Contextualización y justificación Carga de trabajo en horas: 10 Recordatorio a los alumnos de los conceptos vistos en otras asignaturas para aplicarlos a las técnicas de microscópicas. b. Objetivos de aprendizaje Se pretende que el alumno aprenda los fundamentos físicos y los modos de operación de las distintas técnicas microscópicas que se estudian. 3 de 6

4 c. Contenidos PARTE 1: MICROSCOPIAS ELECTRONICA Y OPTICA (5 horas) Tema 1.1. Microscopía óptica. Principio de confocalidad. Resolucción espacial. Aplicación a Fotoluminiscencia, Raman, Fotocorriente, etc. Tema 1.2. Principios de micoscopía de campo próximo (NSOM) Tema 1.3. Microscopía electrónica de barrido (SEM). Técnicas complementarias. Aplicaciones Tema 1.4. Microscopía electrónica de transmisón (TEM). Técnicas complementarias. Aplicaciones PARTE 2: MICROSCOPÍA DE SONDA DE BARRIDO (5 horas) Tema 2.1: Principios de Microscopía de sondad de barrido: STM y AFM. Tema 2.2: Métodos de Medida en STM: altura constante, corriente constante, curvas intensidad voltaje e intensidad distancia. Mapas de conductividad. Tema 2.3: Métodos de Medida en AFM: Modo contacto, no contacto y contacto intermitente. Curvas de fuerza. Fuerzas laterales. Modulación de fuerzas, Fuerzas de Adhesión, Contraste de fase. Tema 2.4: Microscopía AFM avanzada. Fuerzas eléctricas y magnéticas. Medidas en medio líquido, Fuerzas neumáticas, Volumen de fuerzas, Electroquímica, Sonda térmica. Impedancias. Tema 2.5: Tratamiento computerizado de imágenes. Fractalidad y rugosidad. Dimensión fractal. Su significado y utilidad Bloque 2: Laboratorios de Microscopía a. Contextualización y justificación Carga de trabajo en horas: 20 Presentación en el laboratorio de las técnicas microscópicas que hoy en día se emplean en laboratorios tanto de investigación como industriales. b. Objetivos de aprendizaje Se pretende que el alumno conozca diversas técnicas microscópicas y adquiera la destreza en alguna de ellas. c. Contenidos Parte 1: PRACTICAS DE MICROSCOPÍA ÓPTICA Y ELECTRÓNICA (10 horas) Microscopía Raman y Fotoluminiscencia de semiconductores Cartografía de corrientes inducidas por haces de luz o electrones (LBIC/EBIC) Catodoluminiscencia en el SEM Microscopía de campo próximo 4 de 6

5 Parte 2: PRÁCTICAS DE STM y AFM (10 horas) Estudio de una muestra conductora con STM Estudio de muestras con AFM en modo contacto Estudio de muestras con AFM en modo contacto intermitente Aplicaciones especiales. 6. Métodos docentes Se trata ésta de una asignatura de trabajo en el laboratorio en la que, no obstante, se han de introducir algunos conceptos básicos y hay que aleccionar al alumno en nuevas técnicas con las que no ha tenido contacto, por ello podemos distinguir: 1) Explicación del profesor previa al trabajo experimental 2) Trabajo experimental del alumno en el laboratorio con la supervisión del profesor. 7. Plan de trabajo - Laboratorio de medida: 20 h - Seminarios de discusión y análisis de datos: 10 h 8. Evaluación Asignaturas con prácticas de Laboratorio Tipo de evaluación Actividad evaluable Peso en la nota final Examen Examen 20% Evaluación continua Actividad en el laboratorio 20% Trabajos, informes 60% 9. Bibliografía básica 1.- S. Amelinckx, D. van Dyck, J. van Landuyt, G. van Tendeloo (Eds.) Handbook of Microscopy. Applications in Materials Science, Solid-State Physics and Chemistry (3 tomos), VCH, Nueva York, EEUU, A.M. Baró, R.G. Reifenberger (Eds.) "Atomic Force Microscopy in Liquid. Biological Applications" Wiley-VCH, Weinheim, D. Bonnell "Scanning Probe Microscopy and Spectroscopy: Theory, Techniques and Applications", John Wiley & Sons, New York, R.W. Cahn (Ed.) Concise encyclopeia of Materials Characterization Elsevier. Oxford, Gran Bretaña, R.J. Colton, A. Engel, J.E. Frommer, H.E. Gaub, A.A. Gewirth, R. Guckenberger, J. Rabe, W.M. Heckl, and B. Parkinson (Eds.) "Procedures in Scanning Probe Microscopies", John Wiley & Sons. New York, de 6

6 6.- N.J. DiNardo "Nanoscale Characterization of surfaces and Interfaces", VCH, Weinheim, H.J. Güntherodt and R. Wiesendanger (Eds.) "Scanning Tunneling Microscopy I" Springer- Verlag, Berlin, H.J. Güntherodt and R. Wiesendanger (Eds.) "Scanning Tunneling Microscopy II" Springer- Verlag, Berlin, G. Haugstad, "Understanding Atomic Force Microscopy. Basic Modes for Advanced Applications" Wiley, Hoboken, New Jersey, D. Wolverson, Characterization of Semiconductor Heterostructures and Nanostructures: Raman Spectroscopy (Capítulo 17), Second Edition (C. Lamberti and G. Agostini Eds.) 11.- B.G. Yacobi and D.B. Holt, Cathodoluminescence microscopy of inorganic solids, Plenum Press, New York, W.H. Weber, R. Merlin (eds.), Raman scattering in materials science, Springer, Berlin, G. Turrell, J. Corset, Raman microscopy: developments and applications, Elsevier, Amsterdam, A. Patane, N. Balkan (ed.), Semiconductor Research: Experimental Techniques, Springer ebooks (electronic resource) 15.- L. Reimer, Scanning electron microscopy: physics of image formation and microanalysis, Springer, Berlin, J. Jiménez, Microprobe characterization of semiconductors (Optoelectronic properties of semiconductors and superlattices, Vol 17), Taylor and Francis, New York, J. Jimenez, J.W. Tomm, Spectroscopic analysis of Optoelectronic Semiconductors, Springer, N.J. Everall, Confocal Raman Microscopy: Performance, Pitfalls, and Best Practice, Appl. Spectroscopy 63 (2009) 245A 10. Recursos necesarios Equipos del laboratorio: - Equipo de Microscopía de Fuerza Atómica: AFM, STM, EFM, MFM, ECFM, LFM. Aplicación: Imágenes de muestras a nivel nanométrico; análisis de contraste de fase, comportamiento eléctrico, magnético, etc. - Equipo µraman / µpl. - Equipo de microscopía electrónica de barrido (SEM) con detector de catodoluminiscencia - Equipo de microscopía electrónica de transmisión (TEM) (visita al equipo disponible en el Parque Científico UVa) Otros recursos necesarios: - Material fungible para los microscopios: Puntas de AFM y STM, Placas porta-muestras, puntas SNOM, Nitrógeno líquido y nitrógeno técnico 6 de 6