¿Qué es un Microscopio de Fuerza Atómica?

08/30/2022by Kalstein
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Es un equipo de laboratorio mecano-óptico, diseñado para mostrar fuerzas del orden de los nanonewtons, para la determinación y apreciación de diversas extensiones de la muestra, capacitado de explorar continuamente su aspecto mediante una sonda o punta afilada de forma piramidal o cónica. 

El microscopio de fuerza atómica (AFM), es una de las herramientas más importantes, para procesar proyecciones topográficas de la materia a escala nanométrica, donde el sistema de barrido revela los impulsos moleculares y atómicos, que actúan sobre una punta situada hacia la superficie del material estudiado. 

Elementos que integran el Microscopio de Fuerza Atómica

Los elementos piezoeléctricos, permiten corrientes pequeñas pero exactas en el mando electrónico, hacen posible un rastreo específico midiendo los potenciales eléctricos, mediante micropalancas conductoras. 

El microscopio de fuerza integrada, está compuesta de la siguiente manera: 

  • Micropalancas: se producen, aplicando técnicas de microfabricación, alcanzados originalmente de la industria microelectrónica como litografía de superficie y grabados reactivos de plasma de iones (RIE y DRIE siglas en inglés de Reactive Ion Etching y Deep Reactive Ion Etching). Las puntas suelen elaborarse a partir de separaciones de vapor de algún material sobre la palanca ya fabricada, en cuyo caso suele ser una punta uniforme,  acudiendo a técnicas de grabado anisótropo. Éste se envuelve mediante el uso de una solución de grabado que profundiza el material sólo o preferentemente en ciertas direcciones cristalográficas.
  • Sensores de flexión: actualmente hay sistemas para medir la flexión del listón, el cual se explora mediante un haz láser que se refleja en la parte posterior de la micropalanca, para luego alcanzar un fotodetector. A este resultado, la mayor parte de las micropalancas (listones) de AFM, se elaboran con una capa de oro de unas decenas de nm de espesor en su parte posterior, para optimizar el reflejo, al haz del láser.
  • Punta: la resolución de las imágenes obtenidas por AFM, es la agudeza de la punta y cuenta con un diamante sobre pedazos de papel de aluminio, tienen forma de puntas con radio de curvatura y se encuentran alrededor de los 5nm. Actúa mediante diversos tipos de dominios, para formar las imágenes:  ensanchamiento, compresión, interacciones punta-muestra y aspecto del radio
  • Precisión: el arrojo vertical del instrumento, es de menos de 1 nm, y  distingue detalles tridimensionales en la superficie de la muestra, con una amplificación de varios millones de veces.

Métodos aplicativos del Microscopio de Fuerza Atómica

En Microscopía de Fuerza Atómica, se puede trabajar en los siguientes modos:

  • Topografía en modo contacto, en aire y en líquido (medidas de rugosidad superficial, altura de capas, escalones, terrazas o la forma o distribución de objetos en la superficie).
  • Topografía en modo tapping, en aire y en líquido, con la correspondiente imagen de fase (medidas del contraste composicional de diferentes materiales).
  • Medidas mecánicas, tanto en contacto como en tapping, y en aire o en líquidos (obtención de curvas deflexión-desplazamiento).
  • Medidas de potencial de superficie, que detecta la presencia de cargas en la superficie de la muestra.
  • Medidas de fuerzas magnéticas (MFM), que permiten apreciar dominios magnéticos que no son visibles en el modo topográfico.
  • Medidas de fuerzas eléctricas (EFM), sobre la superficie de la muestra.
  • Medidas de nanoindentación y nanoscratching, para obtener información sobre la dureza de una muestra o la adhesión y durabilidad de una película.

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