Microscopio de fuerzas
atómicas.
La mejor analogía que se puede pensar para explicar al microscopio
de fuerzas atómicas seria el pensar que se tiene una vara larga y que se la
mueve delante de uno para ver o hacerse la idea de como es el relieve por donde
se pasa la vara, de la misma manera, en este microscopio se utiliza una punta
montada al final de una varilla de dimensiones muy pequeñas, manométricas y moviendo esa varilla por la
superficie y por la fuerza entre esa punta que hay la final de la varilla y la
superficie podemos seguir el relieve en este caso a nivel atómico, de cómo es
esa superficie.
Al hablar de átomos, se entiende como estructuras
muy pequeñas y si queremos ver a los mismos, necesitamos un átomo para ver
otros átomos, algo del mismo tamaño, al final de esa punta se tiene un átomo o
unos pocos átomos y es que permite analizar la superficie al nivel de un único
átomo, es decir un átomo contra otro átomo, es la fuerza entre esos dos átomos.
El átomo utilizado en la punta puede ser de
cualquier tipo, lo importante es tener una estructura lo suficientemente
afilada o que al final acabe en un único átomo que sobresale con respecto a los
demás, porque es ese el que nos da la fuerza que podremos medir.
La técnica consiste en trasladar las medidas que
se realizan a imágenes, se mide el análogo a lo que se hacia con el sistema de
pasadiscos antiguos donde la aguja seguía el relieve marcado en el disco
,levantándose, alejándose y acercándose de la superficie, algo similar se
realiza se realiza con este sistema, se sigue la superficie y se genera una
fuerza, un movimiento vertical que es detectado y se convierte en imágenes,
asignando una escala entre blanco y negro al punto mas alto que medimos y al
punto mas bajo, esas imágenes reflejan las alturas por donde se ha movido la
punta para seguir el perfil de la superficie, con este sistema se pueden
revelar los átomos y la clase de los mismos, la especie química a la que
pertenecen.
El siguiente dibujo es una descripción muy esquemática de dicho sistema,
Un adátomo es un átomo que esta sobre en una superficie cristalina, y se puede pensar como lo contrario de una vacante superficial. Este término se utiliza en la química superficial, al describir átomos simples que están en superficies . El siguiente dibujo y foto nos muestra una topografía determinada con el microscopio de átomos de platino depositados sobre una superficie de oxido de titanio
Historia.
En 1985 Gerd Binnig y Christoph Gerber se tomaron
una licencia del laboratorio de IBM en Zurich, después del entusiasmo por la
creación del microscopio de efecto túnel( scanning tunneling microscope STM).
Ya en California, trabajaron con científicos de
la Stanford Univercity y de IBM en un microscopio que se llamaría microscopio
de fuerzas atómicas, pensado por Binning.
En
febrero de 1986, Binnig, Quate y Gerber introducen el primer prototipo del AFM,
seis meses antes que Binnig y Heinrich Rohrer recibieran el premio Nobel por el
STM.
El microscopio de efecto túnel, se basa en el
efecto túnel de la mecanica cuantica, donde una corriente fluye entre una punta
afilada y una superficie conductora por el efecto de una tensión eléctrica, de
los datos obtenidos con el mismo uno puede hacer un mapa de tres dimensiones a
escala atómica de la superficie.
En contraste con el microscopio de fuerzas
atómicas, se produce una fuerza entre los átomos de una punta y la superficie.
Como si fuera una varilla muy fina, el microscopio AFM siente la fuerza de los átomos de una superficie para crear una imagen de la topografía atómica local. Montado en una palanca que tiene una constante de resorte k, la punta puede ir a lo largo de la superficie, mientras una computadora controla la realimentación para mantener la de deflexión constante o la punta puede deliberadamente vibrar de arriba abajo y explorar la superficie. En este modo dinámico la derivada de la fuerza entre la punta y la muestra kts = dFts/dz es medida, cuando la punta se acerca a la superficie, el AFM censa el desplazamiento de la frecuencia de resonancia de la palanca.
Las fuerzas se producen tanto entre
aisladores como entre conductores, con lo cual se extiende el campo de
aplicacion, en medios liquidos, alto vacio y aun en el espacio exterior en
la mision Phoenix Mars Misión.
Eduardo Ghershman 31.3.2007
