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Informe de fotografía a escala atómica
- 1. INFORME DE FOTOGRAFÍAA ESCALA ATÓMICA María Ayelen Ramidan 12 de octubre de 2020
- 2. Fotografía a escalaatómica 1 Ramidan, María Ayelen Contenido Fotografía a escala atómica..........................................................................................................................................2 SMT: Microscopio de efecto túnel................................................................................................................................2 AFM: Microscopio de Fuerza Atómica.........................................................................................................................3 Modos de trabajo más comunes de AFM ...............................................................................................................4 Ventajas y desventajas ..................................................................................................................................................4 Bibliografía .......................................................................................................................................................................5
- 3. Fotografía a escalaatómica 2 Ramidan, María Ayelen Fotografía a escala atómica l pensar en fotografías a escala atómica hacemos referencia a los retratos de los átomos. Si bien existen muchos esquemas y dibujos que esbozan a este concepto abstracto existen herramientas que permiten fotografiar o grabarlos1. Los microscopios son los instrumentos que nos ayudan a distinguir las cosas muy pequeñas, sin embargo tanto el microscopio óptico como el electrónico no son los indicados a la hora de fotografiar los átomos. El microscopio óptico permite observar en un tamaño aumentado elementos que son imperceptibles a simple vista a través de un conjunto de lentes y el uso de luz visible2 pero tiene un límite de resolución. Para mejorar la resolución se utiliza un microscopio electrónico que utiliza como principio de funcionamiento a los electrones en lugar de la luz visible3, las limitaciones de este instrumento está dada por su poca disponibilidad en los centros de investigación y porqué el haz de electrones es inestable y vibra más que el tamaño de un único átomo4. Es por eso que se utilizan otros microscopios, SFM o AFM, que permiten retratar átomos. Figura 1: Fotografía obtenida a partir de un microscopio óptico5 . SMT: Microscopio de efecto túnel El STM o Microscopio de efecto túnel es una técnica en la cual una punta metálica afilada que solo tiene uno o dos átomos en su extremo6 se acerca lo suficiente a la superficie logrando que los electrones hagan un túnel a través del espacio entre la superficie y la punta creando corriente7. 1 https://www.larazon.es/ciencia/20200131/fie2hkdhebefrgg67mcaht7fvy.html 2 https://www.mundomicroscopio.com/ 3 https://www.mundomicroscopio.com/microscopio-electronico/ 4 https://www.larazon.es/ciencia/20200131/fie2hkdhebefrgg67mcaht7fvy.html 5 Ídem 4 6 Ídem 4 7 https://journals.aps.org/prl/scanning-probe-microscopy A
- 4. Fotografía a escalaatómica 3 Ramidan, María Ayelen Mediante esta técnica las imágenes se refieren a una muestra que no tiene porqué ser metálica aunque si conductora8. Figura 2: Fotografía de un átomo obtenido por un microscopio de efecto túnel9 . Por la naturaleza del método no se accede a información específica del átomo o su composición, solo se plasma un punto como se observa en la Figura 2. AFM: Microscopio de Fuerza Atómica Binnig, Quate y Gerber combinaron los principios de STM con un perfilómetro de lápiz para crear el AFM10. El AFM o Microscopio de fuerza atómica es una extensión del STM y su utilidad radica en el uso en materiales no conductores. Este instrumento, en lugar de detectar la corriente túnel entre la punta y la muestra, controla la fuerza que experimenta la punta al aproximarse a la superficie del material (aislante o conductor)11. El microscopio de Fuerza atómica es una herramienta de laboratorio que se emplea para obtener imágenes, no solo de materiales inorgánicos, sino también de muestras biológicas (como proteínas y ADN). En la Figura 3 se muestra el esquema básico de un AFM12. 8 http://ocw.uc3m.es/ciencia-e-oin/microscopia-de-fuerza-atomica/otros-recursos-1/Apuntes_STM_y_AFM_00.pdf. 9 https://www.larazon.es/ciencia/20200131/fie2hkdhebefrgg67mcaht7fvy.html 10 https://journals.aps.org/prl/scanning-probe-microscopy 11 Ídem 8 12 Ídem 8
- 5. Fotografía a escalaatómica 4 Ramidan, María Ayelen Modos de trabajo más comunes de AFM Dentro de los modos de trabajo más comunes de los microscopios de fuerza atómica podemos diferenciar a tres: modo de contacto, modo de no - contacto y tapping mode. El modo de contacto es aquél en el que la punta barre la muestra en contacto cercano con la superficie y fue el modo con el que se trabajó desde sus inicios con el microscopio de fuerza, el modo no - contacto se utiliza en situaciones en las que el contacto con la punta puede alterar la muestra y el tapping mode, o de contacto intermitente, que es la herramienta más avanzada en AFM y está libre de problemas asociados a fricción, adhesión, fuerzas electrostáticas y otras dificultades13. Ventajas y desventajas Según Domínguez una limitación del SMT es que solo deja sacar fotos, ya que se necesita tiempo para que la punta recorra toda la superficie, sin embargo este microscopio permite al aplicar un metal líquido funcionar como pincel y escribir lo que se desee. En IBM utilizando esta técnica mediante un SMT crearon un corto14. Según Olmos Díaz la resolución del STM es mejor que la del AFM debido a la dependencia de la corriente con la distancia. Según Binnig y Rohrer una de las principales ventajas del STM es que permite obtener imágenes directas de distintas superficies en el espacio real, aunque solo pueda utilizarse para obtención de fotografías de muestras conductoras. Estos últimos señalan que si bien el STM se diseñó cómo una técnica de resolución atómica, luego se extendió a un sinfín de aplicaciones como: ensamblar átomos individuales en una superficie en patrones específicos o medir la vida útil de los electrones de la superficie y obtener imágenes de los orbitales electrónicos de moléculas individuales. También plantean que aunque inicialmente el AFM se utilizó para obtener imágenes de superficies duras en el aire o al vacío, puede usarse en líquidos. 13 Ídem 8 14 https://www.youtube.com/watch?v=oSCX78-8-q0&feature=emb_logo&ab_channel=IBM+
- 6. Fotografía a escalaatómica 5 Ramidan, María Ayelen Bibliografía Díaz, D. O. Apuntes STM y AFM. Obtenido desde el sitio Web de: http://ocw.uc3m.es/ciencia-e- oin/microscopia-de-fuerza-atomica/otros-recursos-1/Apuntes_STM_y_AFM_00.pdf. https://journals.aps.org/prl/scanning-probe-microscopy https://www.larazon.es/ciencia/20200131/fie2hkdhebefrgg67mcaht7fvy.html https://www.mundomicroscopio.com/ https://www.mundomicroscopio.com/microscopio-electronico/ https://www.youtube.com/watch?v=oSCX78-8-q0&feature=emb_logo&ab_channel=IBM+
- 7. Fotografía a escalaatómica 6 Ramidan, María Ayelen Sitio 1: https://www.larazon.es/ciencia/20200131/fie2hkdhebefrgg67mcaht7fvy.html Sitio 2: https://journals.aps.org/prl/scanning-probe-microscopy Sitio 3: http://ocw.uc3m.es/ciencia-e-oin/microscopia-de-fuerza-atomica/otros-recursos- 1/Apuntes_STM_y_AFM_00.pdf Sitio 1 Sitio 2 Sitio 3 Autor Domínguez Binnig y Rohrer Olmos Díaz STM: Definición El microscopio de efecto túnel usa… En STM, una punta conductora se mueve hacia adelante y hacia atrás sobre una superficie… En esta técnica, una pequeña punta metálica… AFM: Definición, tipos En lugar de la corriente constante utilizada en STM, en AFM se … El Microscopio de Fuerza Atómica… El modo de contacto es aquél… Se utiliza en situaciones en las que el contacto con la punta puede alterar la muestra… El modo “tapping”… Ventajas/Desventajas Una limitación de este microscopio es que solo deja sacar fotos… Una de las principales ventajas de STM… Si bien STM solo se puede utilizar para obtener imágenes... AFM no requiere un flujo de corriente entre la punta y la muestra y puede mapear una… En algunos casos, la resolución del STM... Aplicaciones Podemos usar la punta del microscopio como un pincel… Si bien STM se diseñó como una técnica de imágenes de resolución atómica, ahora se emplea para una gran cantidad de aplicaciones… Si bien el AFM se utilizó inicialmente para obtener imágenes de superficies duras en el aire o al vacío, también se puede utilizar en líquidos…