microscopios atomicos
Páginas: 13 (3142 palabras)
Publicado: 29 de enero de 2014
El Microscopio de Túnel de Barrido (scanning Tunelling Microscope) STM
Qué es y sus usos
El Microscopio de Tunelamiento de Barrido es un dispositivo capaz de proporcionar información a nivel atómico de la superficie de materiales sólidos, tales como conductores aislantes, semiconductores y más recientemente superconductores. La microscopia de barrido túnel (scanning tunneling microscopy, STM)constituye una herramienta única para obtener imágenes de una superficie sólida con resolución atómica
Historia
Fue inventado por los investigadores Gerd Binnig de origen Alemán y Henrich Rohrer de origen Suizo, fueron invitados en 1978 a integrar un grupo de trabajo de Física en los laboratorios de investigación de IBM Zúrich, Suiza. Ambos investigadores habían tenido un entrenamiento en elcampo de la superconductividad y aunque no poseían experiencia en el campo de la Microscopia ni en la física de superficies como ellos mismos relataban, tienen el coraje de iniciar algo que no habían trabajado nunca.
Originalmente el trabajo inicial fue hecho por los integrantes de aquella organización que fue publicado en 1972 por Young Et.Al. llamado “The Topografiner: un instrumento para medirmicrotopografía superficial”. Este aparato utiliza emisión de campo, podía resolver hasta 30Å en forma vertical y hasta 4000Å (0.4 micras) en el plano horizontal de la superficie, estas medidas estaban lejos de obtener una resolución atómica ya que un átomo mide entre 2 y 5Å. Sin embargo Young et. Al, mostro que era posible mejorar ambas resoluciones mediante el efecto tunelamiento, pero no lograronrealizarlo experimentalmente por los ruidos producidos tanto por las vibraciones mecánicas como por los ruidos electrónicos de su sistema de control. Todos estos principios y gran parte de los elementos del “Topografiner” fueron aprovechados por Binnig y Rohrer, y resolviendo los problemas anteriores, diseñaron el prototipo del Microscopio de Tunelamiento de Barrido.
Fundamento
Una sonda (puntametálica) se desplaza tan cerca de la superficie que entre sonda y la superficie circula una corriente por efecto túnel, corriente que se registra y representa en función de la posición de la sonda.
El efecto túnel
Es un efecto puramente cuántico, por el cual los electrones de un conductor presentan una probabilidad no nula de atravesar una barrera de potencial (en este caso el vacío),clásicamente impenetrable y alcanzar un segundo conductor. En primera aproximación, la corriente túnel vale
Donde U es el voltaje aplicado entre los dos electrodos (punta y muestra), es la función de trabajo promedio (con Φ≥ eU), y K es una constante con un valor de 1.025 para el vacío. En general, d es del orden de Å, U es del orden de 1V, e es del orden de 1nA.
Principales características de la“corriente túnel”:
•Decae exponencialmente con la distancia entre los conductores, con una constante de decaimiento del orden de una decena de Å.
•Depende exponencialmente con la función de trabajo de la superficie.
Ambas características confieren a STM la potencialidad de convertirse en una microscopía con resolución atómica.
Montaje experimental
Se debe controlar simultáneamente d y laposición lateral de la sonda con una precisión muy elevada
•0.05 ± 0.1 Å para d.
•1 ± 2 Å para la posición lateral.
Partes del microscopio
Mecanismo de aproximación gruesa, con el que se aproxima la sonda hasta alcanzar el régimen túnel. Dispositivos basados en el empleo de cristales piezoeléctricos, o incluso en dispositivos mecánicos de alta precisión.
Mecanismo de control en régimen túnel.Se trata de uno o varios cristales piezoeléctricos que permiten controlar la distancia d, y a la vez barrer sobre la superficie. Simultáneamente al barrido, se registra la corriente túnel que atraviesa el electrodo.
El diseño debe tener en cuenta que se deben minimizar las vibraciones y los desplazamientos debidos a in homogeneidades en la temperatura.
Observaciones
El microscopio de...
Qué es y sus usos
El Microscopio de Tunelamiento de Barrido es un dispositivo capaz de proporcionar información a nivel atómico de la superficie de materiales sólidos, tales como conductores aislantes, semiconductores y más recientemente superconductores. La microscopia de barrido túnel (scanning tunneling microscopy, STM)constituye una herramienta única para obtener imágenes de una superficie sólida con resolución atómica
Historia
Fue inventado por los investigadores Gerd Binnig de origen Alemán y Henrich Rohrer de origen Suizo, fueron invitados en 1978 a integrar un grupo de trabajo de Física en los laboratorios de investigación de IBM Zúrich, Suiza. Ambos investigadores habían tenido un entrenamiento en elcampo de la superconductividad y aunque no poseían experiencia en el campo de la Microscopia ni en la física de superficies como ellos mismos relataban, tienen el coraje de iniciar algo que no habían trabajado nunca.
Originalmente el trabajo inicial fue hecho por los integrantes de aquella organización que fue publicado en 1972 por Young Et.Al. llamado “The Topografiner: un instrumento para medirmicrotopografía superficial”. Este aparato utiliza emisión de campo, podía resolver hasta 30Å en forma vertical y hasta 4000Å (0.4 micras) en el plano horizontal de la superficie, estas medidas estaban lejos de obtener una resolución atómica ya que un átomo mide entre 2 y 5Å. Sin embargo Young et. Al, mostro que era posible mejorar ambas resoluciones mediante el efecto tunelamiento, pero no lograronrealizarlo experimentalmente por los ruidos producidos tanto por las vibraciones mecánicas como por los ruidos electrónicos de su sistema de control. Todos estos principios y gran parte de los elementos del “Topografiner” fueron aprovechados por Binnig y Rohrer, y resolviendo los problemas anteriores, diseñaron el prototipo del Microscopio de Tunelamiento de Barrido.
Fundamento
Una sonda (puntametálica) se desplaza tan cerca de la superficie que entre sonda y la superficie circula una corriente por efecto túnel, corriente que se registra y representa en función de la posición de la sonda.
El efecto túnel
Es un efecto puramente cuántico, por el cual los electrones de un conductor presentan una probabilidad no nula de atravesar una barrera de potencial (en este caso el vacío),clásicamente impenetrable y alcanzar un segundo conductor. En primera aproximación, la corriente túnel vale
Donde U es el voltaje aplicado entre los dos electrodos (punta y muestra), es la función de trabajo promedio (con Φ≥ eU), y K es una constante con un valor de 1.025 para el vacío. En general, d es del orden de Å, U es del orden de 1V, e es del orden de 1nA.
Principales características de la“corriente túnel”:
•Decae exponencialmente con la distancia entre los conductores, con una constante de decaimiento del orden de una decena de Å.
•Depende exponencialmente con la función de trabajo de la superficie.
Ambas características confieren a STM la potencialidad de convertirse en una microscopía con resolución atómica.
Montaje experimental
Se debe controlar simultáneamente d y laposición lateral de la sonda con una precisión muy elevada
•0.05 ± 0.1 Å para d.
•1 ± 2 Å para la posición lateral.
Partes del microscopio
Mecanismo de aproximación gruesa, con el que se aproxima la sonda hasta alcanzar el régimen túnel. Dispositivos basados en el empleo de cristales piezoeléctricos, o incluso en dispositivos mecánicos de alta precisión.
Mecanismo de control en régimen túnel.Se trata de uno o varios cristales piezoeléctricos que permiten controlar la distancia d, y a la vez barrer sobre la superficie. Simultáneamente al barrido, se registra la corriente túnel que atraviesa el electrodo.
El diseño debe tener en cuenta que se deben minimizar las vibraciones y los desplazamientos debidos a in homogeneidades en la temperatura.
Observaciones
El microscopio de...
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