MICROSCOPIO DE BARRIDO POR TUNELAJE (STM)

Cindy Ramírez RestrepoG11NL35

Cód:244686

El Microscopio de Barrido por Tunelaje (Scanning Tunneling Microscope STM) fue desarrollado en 1981 por Gerd Benning y Heinrich Rohrer en los laboratorios de IBM de Zurich, Suiza. Ello les valió el Premio Nobel de Física, en 1996.

El STM aprovecha la capacidad de los electrones para atravesar una barrera de potencial, para registrar la corriente eléctrica que se produce entre una punta (o sonda), y la muestra.

¿QUÉ ES EL EFECTO TUNEL?Según la mecánica 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 de control que nos permite realizar la topografía de superficie.

Al acercar otro metal (la sonda), y aplicando un campo eléctrico para dirigir el electrón hacia el metal, se crea una barrera con una distancia lo suficientemente pequeña como para que el electrón sea capaz de hacer túnel, sin necesidad de saltar la barrera.

Un electrón dentro de un metal posee una energía determinada. La superficie del sólido representa una barrera de potencial que debe “saltar” para conseguir salir de ésta.

La corriente que se puede registrar con un amperímetro es proporcional a la probabilidad de que el túnel ocurra. Que a su vez, depende de la distancia entre la punta y la muestra. De esta forma, registrando la intensidad eléctrica, se obtiene información de la distancia a la que se halla la punta.

ESQUEMA DE FUNCIONAMIENTO DEL STM

En una instalación 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 instalación consiste en un circuito eléctrico en el que están incluidos la muestra y la punta de medida.

OPERACIÓNHay varias formas de operar en un STM, aunque la más

común es mantener una corriente túnel constante. Esto se consigue manteniendo una distancia entre punta y muestra constante. Según se barre la punta sobre la muestra en los ejes x e y, se va controlando la corriente túnel. Cuando la punta llega un punto donde la muestra tiene valles o salientes, esta corriente va a variar. Esta variación indica que hay que acercar o alejar la punta de la muestra en el eje z, para volver a conseguir la misma corriente, lo cual se hace a través del piezoeléctrico.

Microscopía que muestra una transición de fase estructural de Si (111) - (3x3)-Pb de reconstrucción a Si (111) -

(Ö3xÖ3) R30 reconstrucción °-Pb. Exactamente la misma superficie fue fotografiada continuamente al cambiar la

temperatura de 40 K a 136 K.

Un ordenador registra cuanto se alejado o acercado la punta en el eje z, en ese punto (x,y) de la muestra, de forma que tras finalizar el barrido se tiene un mapa que muestra las variaciones en el eje z. Es decir, una gráfica que está relacionada con la topografía.

Microscopía que muestra la migración térmica de una sola vacante en una superficie de Ge (111)-c (2x8). La vacante fue creada deliberadamente con la punta de un STM por contacto

ligero punta-muestra.

Otra forma de actuar es mantener la posición de la punta constante, y registrar la corriente eléctrica en cada punto de la muestra, que variará al pasar por valles o salientes. Sin embargo, se corre el riesgo de estrellar la punta en algún saliente de la muestra, echando a perder tanto una como otra. El resultado final también da información de la topografía de la muestra.

Habitualmente, los resultados se presentan en forma de mapa x,y con colores, donde el código de colores representa los valores del eje z.

BIBLIOGRAFÍAhttp://www.nanotec.es/applications/gallery/index.php?cat=movieshttp://al-quimicos.blogspot.com/2009/05/microscopio-de-efecto-

tunel.htmlhttp://ina.unizar.es/equipos/microscopioSTM.htm