6



6. Microscopio de sonda local de ultra alto vacío a baja temperatura para caracterización y manipulación de nanoestructuras, STM.

1. Introducción
Richard Feynman, premio Nobel de Física en 1965, durante una conferencia celebrada en el Instituto de Tecnología de
California (CalTech), en 1959, titulada "Hay mucho espacio ahí abajo", pronosticó que, tarde o temprano, se podrían mover losátomos de manera individual, y construir configuraciones diferentes de las que existen en la naturaleza.
En 1982, Heinrich Rohrer y GerdBinnig, dos científicos del laboratorio IBM de Zurich, idearon el microscopio de efecto túnel, y
abrieron las puertas a este tipo de manipulación. Debido a su invento, en 1986 fueron galardonados con el premio Nóbel de Física.
Este sistema basa su funcionamiento en unefecto cuántico que ocurre en distancias menores a la milmillonésima parte de un metro
(10 -9 m = 1 nm, un nanómetro). El control de este tipo de fenómeno es lo que nos permite hacer topografía de superficies a nivel atómico.
2. ¿Qué es el efecto túnel?
Desde el punto de vista de la mecánica clásica un electrón no puede superar una barrera de potencial superior a su energía.
Sin embargo, según lamecánica cuántica, los electrones no están definidos por una posición precisa, sino por una nube de probabilidad.
Esto provoca que en ciertos sistemas esta nube de probabilidad se extienda hasta el otro lado de una barrera de potencial.
Por tanto el electrón puede atravesar la barrera, y generar una intensidad eléctrica.
Esta intensidad se denomina intensidad de túnel y es el parámetro decontrol que nos permite realizar la topografía de superficie.
Este efecto cuántico aparece también en otras ramas de la física. Gamow lo aplicó para dar explicación a la desintegración mediante
emisión de partículas alfa en núcleos inestables. En electrónica, hay transistores que basan parte de su funcionamiento en el efecto túnel.
3. Esquema de funcionamiento de un microscopio de efecto túnel
En unainstalación cuyo fin es tomar medidas en escala atómica es necesario que el elemento que se usa como sonda de medida tenga
una resolución de esa misma escala. En un microscopio de efecto túnel la sonda es una punta conductora, p. ej. de Wolframio.
La punta se trata para eliminar los óxidos y para que sea lo más afilada posible, idealmente que en el extremo aparezca un solo átomo.
La instalaciónconsiste en un circuito eléctrico en el que están incluidos la muestra y la punta de medida.

Como hemos dicho, el parámetro de medida es la intensidad de corriente túnel. Esta intensidad apenas alcanza los nanoamperios,
y además es muy sensible tanto a la distancia, como a la diferencia de tensión entre la punta y la muestra. Debido a esta sensibilidad
todo el sistema está controladoelectrónicamente. Así, la toma de medidas y los movimientos de la punta (realizados mediante un
piezoeléctrico con precisiónes de hasta 0.05 nm) son controlados por el usuario, a través de las interfases correspondientes,
mediante un PC de sobremesa.
4. Nuestro Microscopio

Este microscopio dispone de sonda local (SPM) de alta resolución, que permite realizar medidas de microscopia túnel (STM),
endiversos modos de espectroscopia de modulación (STS), incluyendo espectroscopia túnel de imagen de corriente (CITS
) y espectroscopia túnel de electrones inelásticos (IETS). Además es apto para realizar microscopia túnel resuelta en espín (SPSTM).
Asimismo permite la manipulación a nivel molecular con resolución atómica. Los anteriores requerimientos llevan a que el
sistema trabaje en ultra alto vacíopara evitar contaminación de las superficies a estudiar y a muy baja temperatura para reduc
ir la movilidad por agitación térmica.
La instalación la podemos dividir en dos zonas diferentes, una cámara de ultra alto vacío para preparación de muestras, y otra
cámara de ultra alto vacío donde se encuentra el grupo de medida. A continuación describimos los componentes que tenemos en
cada una de...