Microscopio de efecto túnel | una forma de ver la forma de objetos diminutos

Cómo funciona

El STM se llama microscopio porque hace fotos de objetos diminutos. Pero es diferente: no tiene nada que mirar con nuestros ojos. Es similar a sentir la forma de los objetos sobre una mesa en una habitación oscura: puede dibujar la forma aunque no la haya visto con los ojos. El STM hace esto para objetos muy pequeños. Funciona pasando una aguja metálica afilada de un lado a otro de una superficie, y utiliza la corriente eléctrica en lugar de la fuerza para percibir la forma. Cuando la punta de la aguja metálica afilada se acerca mucho a la superficie de una cosa que se está estudiando, un voltaje entre los dos hace que los electrones fluyan por el espacio que hay entre ellos. Los electrones atraviesan este espacio mediante un proceso denominado tunelización cuántica, que da nombre al STM. Esta pequeña corriente de electrones fluye cuando la punta está casi tocando la superficie. La corriente cambia a medida que la sonda se mueve a lo largo de la superficie. Este cambio es registrado por un ordenador, que lo convierte en una imagen que podemos ver.

La superficie y la punta deben conducir los electrones, por lo que deben estar hechas de un metal o semiconductor. Un tipo de microscopio relacionado detecta la fuerza en lugar de la corriente eléctrica. Este tipo de microscopio se llama microscopio de fuerza atómica.

El STM es algo difícil de hacer, porque necesita una superficie muy limpia y una punta de aguja muy afilada. El STM suele trabajar en el vacío para evitar que las moléculas de aire perturben la superficie, pero también puede trabajar en el aire o en el agua.

 

Formas en que puede hacer una foto

En primer lugar, la punta se acerca mucho a la superficie de lo estudiado. Esta distancia es de aproximadamente la mitad de un nanómetro. A continuación, la punta se mueve con mucho cuidado de un lado a otro de la superficie. La corriente eléctrica se mide mientras la punta se mueve hacia adelante y hacia atrás (método de altura constante). El STM también puede funcionar ajustando la punta para que la corriente de túnel permanezca igual (método de la corriente constante). Utilizar el método de altura constante es más rápido. El uso del método de corriente constante ayuda a evitar que la punta choque con cosas de la superficie, por lo que puede estudiar cosas más rugosas.

 

Átomos en movimiento

El STM puede mover un átomo (o una molécula) a un nuevo lugar de la superficie. Para mover un átomo, se mueve la punta de forma que toque el átomo. Entonces la punta tira o empuja el átomo a un nuevo lugar. Mover los átomos permite a los científicos organizarlos en objetos diminutos, para poder probar sus propiedades y ensayar nuevas ideas.

 

Partes del STM

Las partes de un STM son: la punta de exploración, algo que mueve la punta, algo que impide que vibre y un ordenador que controla la punta y hace la imagen.

 
Partes de un STM  


Un primer plano del cabezal de un sencillo microscopio de barrido en túnel de la Universidad de St Andrews que escanea MoS2 utilizando un palpador de platino-iridio.  

Páginas relacionadas

• Microscopio de fuerza atómica
• Microscopio

 

Literatura

• Tersoff, J.: Hamann, D. R.: Theory of the scanning tunneling microscope, Physical Review B 31, 1985, p. 805 - 813.
• Bardeen, J.: Tunnelling from a many-particle point of view, Physical Review Letters 6 (2), 1961, p. 57-59.
• Chen, C. J: Origen de la resolución atómica en superficies metálicas en la microscopía de efecto túnel de barrido, Physical Review Letters 65 (4), 1990, p. 448-451

• G. Binnig, H. Rohrer, Ch. Gerber y E. Weibel, Phys. Rev. Lett. 50, 120 - 123 (1983)
• G. Binnig, H. Rohrer, Ch. Gerber y E. Weibel, Phys. Rev. Lett. 49, 57 - 61 (1982)
• G. Binnig, H. Rohrer, Ch. Gerber y E. Weibel, Appl. Phys. Lett., Vol. 40, Issue 2, pp. 178-180 (1982)
• R. V. Lapshin, Metodología de barrido orientada a las características para la microscopía de sonda y la nanotecnología, Nanotechnology, volumen 15, número 9, páginas 1135-1151, 2004