MAURICIO GONZALEZ
RAMOS
Microscopio de Fuerza Atómica
(AFM)
Introducción
El AFM se puede usar
para realizar imágenes
de cualquier superficie
conductiva o no!!!
• Aplicaciones en vari...
Principio Físico y Operación
 Los microscopios de sonda de barrido (scanned-proximity probe
 microscopes) miden una prop...
Principio Físico del AFM
Al acercar el cantilever a la superficie de la
muestra, las fuerzas entre la punta y la
muestra s...
Otros Sensores de Deflexión
a) Tunelaje de electrones.
Mide la corriente de tunelaje
entre la punta del STM y el
lado cond...
Sistema de Regeneración
Ajusta la distancia punta-muestra para mantener una fuerza
constante entre la punta y la muestra.
...
Sistema de Regeneración
El lazo de regeneración consiste en un tubo escaneador que
controla la altura de la muestra; el ca...
Sistema de Regeneración
PIEZOELÉCTRICO
Piezoeléctrico
Piezoelectricidad: habilidad de ciertos
cristales de generar un voltaje en
respuesta de un e...
Fotodiodos
Diodo semiconductor que funciona como
foto detector.
Diodo ~ Válvula check
• Una conexión de ventana o fibra óp...
PUNTAS
Tres tipos comunes de puntas en AFM: a) Punta normal (3 μm largo);
(b) super punta; (c) Ultralever ( 3 μm largo). M...
Operación
El AFM lleva la punta del cantilever (100-200 micras largo) a micras de la superficie. Un mecanismo de
regenerac...
Modo de Contacto
La interacción punta-muestra provoca
doblamientos del cantilever debidos a la
topografía.
• Deflexión de ...
INFOGRAFIA
 http://www.cnyn.unam.mx/~wencel/Cursos/Fenom
enos%20de%20superficies/AFM_Lizbeth.pdf.
 http://nlplab.usach.c...
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  1. 1. MAURICIO GONZALEZ RAMOS Microscopio de Fuerza Atómica (AFM)
  2. 2. Introducción El AFM se puede usar para realizar imágenes de cualquier superficie conductiva o no!!! • Aplicaciones en varios campos: ciencias de la vida, la ciencia de los materiales, electroquímica, polímeros, biofísica, nanotecnología y biotecnología. • Aplicable a películas gruesas y delgadas, cerámicos, compósitos, vidrios, membranas, metales, semiconductores y aislantes.
  3. 3. Principio Físico y Operación  Los microscopios de sonda de barrido (scanned-proximity probe  microscopes) miden una propiedad local: absorción óptica, altura o  magnetismo; mediante una sonda o punta muy cercana a la Superficie. Técnicas basadas en el uso de un transductor piezoeléctrico que permite controlar la posición espacial de la punta de la sonda con mucha precisión, lo que permite mapear la propiedad de la superficie en una escala atómica o nanométrica. No se usan lentes. El tamaño de la sonda limita la resolución en vez de los efectos de difracción.
  4. 4. Principio Físico del AFM Al acercar el cantilever a la superficie de la muestra, las fuerzas entre la punta y la muestra se deflecta el cantilever según la ley de Hooke. F = - k x Ley de Hooke Fuerzas: mecánicas de contacto, Van der Waals, electrostáticas, magnéticas, de enlace químico. Detección mediante la reflexión de un láser por el cantilever hacia un arreglo de fotodiodos.
  5. 5. Otros Sensores de Deflexión a) Tunelaje de electrones. Mide la corriente de tunelaje entre la punta del STM y el lado conductivo del cantilever. b) Interferometría óptica c) Reflexión del rayo láser por el cantilever . d) Medida de la capacitancia entre el cantilever y el electrodo.
  6. 6. Sistema de Regeneración Ajusta la distancia punta-muestra para mantener una fuerza constante entre la punta y la muestra. Regeneración (feedback): cuando una parte de la línea de salida del sistema es enlazada a la línea de entrada para controlar el comportamiento dinámico del sistema. Regeneración Negativa: el sistema responde en dirección opuesta a la perturbación, para revertir la dirección del cambio en la salida. Busca condiciones constantes de salida. Regresa al setpoint original automáticamente. Regeneración Positiva: El sistema responde en la misma dirección de la perturbación, amplificando la señal original en vez de estabilizarla.
  7. 7. Sistema de Regeneración El lazo de regeneración consiste en un tubo escaneador que controla la altura de la muestra; el cantilever y lever óptico, que mide la altura local de la muestra; y el circuito de regeneración (feedback) cuya tarea es mantener la deflexión del cantilever constante mediante el ajuste del voltaje aplicado al tubo escaneador. Entre más rápido se corrija la desviación de la deflexión, más rápido obtendrá las imágenes el AFM. Lazo de regeneración del AFM tiene un ancho de banda de 10 kHz, que permite adquirir imágenes en 1 minuto.
  8. 8. Sistema de Regeneración
  9. 9. PIEZOELÉCTRICO Piezoeléctrico Piezoelectricidad: habilidad de ciertos cristales de generar un voltaje en respuesta de un estrés mecánico aplicado. El efecto piezoeléctrico es reversible, cuando se le aplica un voltaje externo al cristal, puede cambiar su forma en una pequeña cantidad Los cerámicos piezoeléctricos hacen posible la creación de dispositivos de posición tridimensional de alta precisión. La forma tubular combina la construcción sencilla de una pieza, alta estabilidad y amplio rango de barrido. 4 electrodos cubren la superficie exterior del tubo y uno el interior. La aplicación de voltajes en los electrodos provoca doblamiento o estiramiento originando el movimiento de la muestra en tres dimensiones
  10. 10. Fotodiodos Diodo semiconductor que funciona como foto detector. Diodo ~ Válvula check • Una conexión de ventana o fibra óptica permite la llegada de la señal al sensor. • Luz con suficiente energía incide sobre el semiconductor, fotones son absorbidos y se genera corriente eléctrica
  11. 11. PUNTAS Tres tipos comunes de puntas en AFM: a) Punta normal (3 μm largo); (b) super punta; (c) Ultralever ( 3 μm largo). Micrografías electrónicas. El radio final de la punta limita la resolución del AFM. Punta Normal: pirámide de 3 μm de alto con ~30 nm de raio final. Super punta ó punta depositada por haz de electrones: deposición de un material de carbono. Es larga y delgada adecuada para sondear en huecos y grietas, mejor radio final que la punta normal. Ultralever: basada e un proceso de micro litografía. Tiene un alto aspecto de radio y generalmente un radio final ~10 nm.
  12. 12. Operación El AFM lleva la punta del cantilever (100-200 micras largo) a micras de la superficie. Un mecanismo de regeneración permite que el piezoeléctrico rastreador mantenga la punta a una fuerza (para obtener Información de las alturas) o altura constante (para información de fuerza) sobre la superficie.
  13. 13. Modo de Contacto La interacción punta-muestra provoca doblamientos del cantilever debidos a la topografía. • Deflexión de la punta usada como señal de regeneración. • La fuerza punta-superficie constante en el barrido mediante una deflexión constante
  14. 14. INFOGRAFIA  http://www.cnyn.unam.mx/~wencel/Cursos/Fenom enos%20de%20superficies/AFM_Lizbeth.pdf.  http://nlplab.usach.cl/publications/presentations% 20and%20posters/press_membranas_delgadas_Cta ssius.pdf  http://ocw.uc3m.es/ciencia-e-oin/microscopia-de- fuerza-atomica/material-de-clase-1/MC- F004_Tema_4.pdf

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