Fundamentos del AFM y por qué son importantes las superficies metálicas

¿Qué podemos utilizar para sondear las superficies de las muestras más allá de la luz visible? Los haces de electrones son ideales para obtener aumentos potentes muchos órdenes de magnitud superiores a los de la microscopía óptica. Pero cuando se trata de resoluciones de nanómetros (nm) y subnm, el poder de resolución no es la última palabra. Esto se debe en parte a que los investigadores tienen mucho donde elegir cuando se trata de soluciones de obtención de imágenes a escala molecular.

Supongamos que desea evaluar las propiedades morfológicas y topográficas de una superficie metálica. La microscopía electrónica puede proporcionar información detallada sobre la estructura de las fases, el tamaño del grano, etcétera. La microscopía de sonda de barrido (SPM), por su parte, puede ofrecer más información sobre las estructuras tridimensionales de la superficie, incluso si la superficie metálica es topográficamente uniforme a escala nanométrica. ¿Qué técnica elegir?

Hoy en día, los haces de electrones y las sondas de exploración física se utilizan a menudo en tándem para el análisis exhaustivo de muestras, lo que le ahorra la agonía de tener que elegir.

AFM: Conceptos básicos

La microscopía de fuerza atómica (AFM) es potencialmente el método microscópico más popular basado en la tecnología de sonda de barrido. Complementa a la microscopía electrónica de barrido o transmisión (SEM/TEM) resolviendo incluso las variaciones topográficas más sutiles de superficies muy lisas. Además, el AFM puede resolver una serie de cualidades de la composición, como la adhesividad, la elasticidad, el magnetismo, la rigidez, etcétera. Para ello es necesario utilizar puntas de sonda especializadas y sustratos diseñados con precisión que favorezcan una elevada relación señal/ruido.

He aquí un ejemplo rápido: La AFM se ha identificado como un método útil para evaluar la calidad de la impresión de monocapas autoensambladas (SAM) en superficies metálicas funcionalizadas. Estas moléculas orgánicas únicas se ensamblan espontáneamente en superficies mediante adsorción basada en interacciones intermoleculares y moleculares sustrato-molécula. Posteriormente, la AFM puede evaluar los parámetros de impresión y detectar errores de patrón de una sola molécula. Sin embargo, este excepcional nivel de precisión requiere sustratos ultraplanos, normalmente superficies metálicas como el oro.

Superficies metálicas despojadas de plantillas

En el contexto del AFM, plano significa topográficamente uniforme a escala atómica. No es una cualidad fácil de conseguir mediante métodos de fabricación convencionales como la epitaxia o el recocido a la llama. Aunque pueden proporcionar un nivel decente de planitud, ésta se limita a escamas con áreas superficiales no superiores a dos micrómetros (µm²), que representa un sustrato prohibitivamente pequeño. La mayoría de las aplicaciones requieren superficies metálicas mayores.

El decapado de plantillas es una técnica novedosa que se utiliza para reproducir la planitud natural del vidrio de mica o la sílice pulida en una superficie metálica como el oro. Se deposita un adhesivo intermedio sobre un chip de vidrio/silicio y se recubre la plantilla con una fina película de oro uniforme. La uniformidad a escala de Angstrom de gran superficie de los sustratos subyacentes se traslada a la superficie metálica, lo que da lugar a un sustrato de oro altamente funcional con topografías de diseño prístinas.

Esto permite a los investigadores alcanzar la resolución ultraalta necesaria para caracterizar materiales en el rango atómico con una interferencia insignificante de las inhomogeneidades del sustrato o de las interacciones indeseables entre la superficie y la punta. Más allá de la evaluación de SAMs, sin plantilla Las superficies metálicas han demostrado ser ideales para la obtención de imágenes de moléculas individuales, origami de ADN, caracterización de materiales 2D, etc.

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