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Laboratorio de Microscopía de Fuerza Atómica y Magnética - Modos de adquisición

Modos de adquisición

 

 Los métodos utilizados en AFM para adquirir imágenes (topográficas o relacionadas con las propiedades locales de una muestra) se pueden dividir en dos grupos: los modos de contacto (casi estáticos) y los modos sin contacto (oscilatorios).

 

Modo contacto

 

En el modo de contacto, el vértice de la punta está en contacto directo con la superficie y la fuerza (atractiva o repulsiva) que actúa entre los átomos de la punta y la muestra se contrarresta con la fuerza elástica producida por el voladizo desviado. Los voladizos utilizados en el modo de contacto tienen una rigidez relativamente pequeña, lo que permite proporcionar una alta sensibilidad y evitar la excesiva influencia indeseable de la punta en la muestra.

El modo de contacto se puede llevar a cabo a una fuerza constante o a una distancia promedio constante (entre la sonda y la muestra). Durante la exploración en modo de fuerza constante, el sistema de realimentación proporciona un valor constante de la curvatura en el voladizo y, en consecuencia, de la fuerza de interacción también (figura 1).

Por lo tanto, la tensión de control en el circuito de retroalimentación, aplicada al electrodo Z del escáner, será proporcional a la topografía de la superficie de la muestra.

El escaneo a una distancia promedio constante entre la punta y la muestra (Z = const) se usa con frecuencia en muestras con poca rugosidad (algunas Angstrom). En este modo (también llamado modo de altura constante), la sonda se mueve a una altura promedio Zav por encima de la muestra (figura 2) y la curvatura en el voladizo ΔZ, proporcional a la fuerza aplicada, se registra en cada punto. La imagen de AFM en este caso describe la distribución espacial de la fuerza de interacción.

 

 

Figura 1.- Adquisición de imágenes AFM a fuerza constante

 

 

Figura 2.- Adquisición de imágenes AFM a una distancia promedio constante (altura constante)

 

Modo sin contacto

 

El voladizo es excitado mecánicamente con una amplitud de oscilación pequeña: alrededor de 1 nanómetro.

Durante el acercamiento de punta a superficie, el voladizo se ve afectado por una fuerza adicional (z) debido a la interacción de van der Waals con la muestra.

La presencia de un gradiente en la fuerza de interacción punta-superficie da como resultado un cambio en la amplitud y respuesta de fase en la oscilación. Dichos cambios son proporcionales al gradiente en la fuerza, este efecto es empleado para obtener imágenes.

 

Modo "semi-contacto"

 

En este modo, un sistema de retroalimentación de alta sensibilidad y estabilidad es empleado para detectar cambios en la amplitud y en la fase de oscilaciones en el voladizo. En la práctica, el llamado "modo de semicontacto" (también llamado "modo de contacto intermitente" o "modo de toque") es el modo usado con mayor frecuencia.

Las oscilaciones forzadas en el voladizo se excitan cerca de una frecuencia de resonancia con una amplitud de aproximadamente entre 10 y 100 nanómetros.

El voladizo se acerca a la superficie para que, en la semioscilación inferior, la punta entre en contacto con la superficie de la muestra (esto corresponde a la región de repulsión en el diagrama de fuerza-distancia (figura 3)).

 

 

Figura 3.- Selección del punto de trabajo durante el modo "semi-contacto".

 

Durante el escaneo, se registran los cambios de amplitud y fase de las oscilaciones en voladizo. La interacción del voladizo con la superficie en modo "semi-contacto" consiste en las fuerzas de van der Waals más la fuerza elástica que se agrega durante el contacto.

 

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