Microscopa de Fuerza Atmica (AFM)John Michael Correa

Contenido.I. Introduccin. II. Principio de funcionamiento. II.1 . Efecto Piezoelctrico. II.2. Funcionamiento. III. Modos de Funcionamiento. III.1. Fuerzas que mide. III.2. Modos de Operacin. III.3. Resolucin. IV. Otras tcnicas derivadas relacionadas con AFM (tcnicas SPM).

I. Introduccin. En 1985 Binnig, Quate y Gerber inventaron el AFM. Funciona a travs de fuerzas de van der Waals. A diferencia de otras microscopas, sta no tiene un funcionamiento mediante fenmenos ticos. Sirve para obtener imgenes de la morfologa de varias superficies.

El Microscopio de fuerza atmica (AFM) es un instrumento mecano-ptico capaz de detectar fuerzas del orden delos piconewtons.

Figura 1. Micorscpio de Fuerza Atmica.

La AFM es una tcnica ampliamente usada en la ciencia de materiales y biolgicas.

a)

b)

Figura 2. a) Imagen de AFM de ZnS adsorbido en vidrio recubierto con Kesterita y b) Imagen de AFM de DNA adsorbido en un sustrato de mica.

El AFM es capaz de registrar continuamente la topografa de una cierta muestra mediante una sonda o punta afilada de forma piramidal o cnica.

Figura 3. Puntas de un AFM

La sonda va acoplada a un listn o palanca microscpica muy flexible de slo unos 200 m.

Figura 4. Esquemas de la cabeza de un AFM

II. Fundamentos.El forma mediante el cual se puede tener tan cerca la sonda (punta) de la muestra se puede entender mediante la interaccin de LeonardJones entre dos tomos.

Figura 5. Grfica de la variacin de la fuerza interatmica con la distancia.

II.1. Efecto piezoelctrico.En ciertos cristales que contienen molculas polares , las tensiones mecnicas aplicadas producen una polarizacin de las molculas.

Figura 6. Esquema del efecto piezoelctrico

La formacin del dipolo genera una diferencia de potencial que puede usarse para producir una corriente elctrica.

Figura 7. Esquema de un circuito en el cual hay un cristal piezoelctrico.

II.2. Funcionamiento.El AFM est compuesto por una punta de una cermica piezoelctrica (Si3N4 o Si), un cantilever, un lser, un detector de luz constituido por 4 fotodiodos uno al lado del otro.

Figura 8. Esquema de un AFM

La fuerza atmica, evidente cuando el cantilever est muy prximo a la superficie de la muestra, se detecta a travs de la torsin de aqul.Figura 9. Esquema de la interaccin entre la punta y la muestra.

La posicin del cantilever es ajustada por la rflexin del rayo lser en su parte posterior hacia el detector de luz.

Figura 10. a y b) El rayo laser es enfocado en la parte posterior de cantilever y reflejado al sensor de luz (arreglo de fotodiodos)

A fin de determinar estas fuerzas que actan sobre la punta del cantilever o cantidades fsicas estrechamente relacionadas, se supone que ste es un resorte.

III.1. Tipos de Fuerza que mideLas interacciones que predominan a cortas distancias entre la punta y la muestra son de tipo de Van der Waals. A corta distancia predominan las fuerzas repulsivas y larga distancia las atractivas.

III.2. Modos de Operacin.Dependiendo de la distancia a la que se posicione la punta existen 3 tipos de modos de operacin: 1. Contacto: distancia