F95026 Microscopía a escala atómica I

Unidades:3 2 8
Equivalencia:NT

Objetivo general de la materia:Proveer una introducción práctica a las
diferentes técnicas de la microscopía de sonda atómica y aplicaciones
selectas. El curso combinará sesiones sobre teoría y técnicas experimentales
con sesiones de laboratorio con un equipo de microscopía de sonda atómica
del estado del arte.
Temas y subtemas del curso:1. Introducción y antecedentes históricos
2. Alcance y limitaciones de la microscopía óptica
3. Principios básicos de la microscopía electrónica
4. El efecto tunel y principios de operación del microscopio de
tunelamiento (STM)
a. Teorías para la corriente de tunelamiento
b. Modos de operación para microscopía (corriente constante, altura
constante etc.)
c. Espectroscopía local (STS) con el STM
d. Análisis de la barrera local aparente
5. Diseño mecánico y electrónico de un STM
a. Aislamiento vibratorio
b. Acercamiento de punta y muestra
c. Barrido
d. Preparación de puntas de tunelamiento
e. Electrónica de control y
f. Sistema computarizado de manejo y de adquisición de datos
6. Principios de operación del microscopio de fuerza atómica (AFM)
a. Fuerzas actuando entre punta y muestra
b. Métodos para la detección de la fuerza sobre el sensor
c. Modos de operación y información extraíble (modo de contacto, fuerzas
laterales, modo de modulación del sensor de fuerza con contacto puntual
(tapping) o indentación, modo de fuerza magnética)
d. Espectroscopía de fuerza
e. Teoría del contraste: Topografía
f. Teoría del contraste: Fuerzas laterales
7. La estructura de superficies de sólidos cristalinos
a. Superficies de cristales ideales
b. Propiedades termodinámicas de superficies
c. Defectos y superficies reales
d. Técnicas tradicionales para el análisis de estructuras
e. El papel de STM y AFM
8. Panorama de las aplicaciones de la microscopía de tunelamiento
a. Aplicación a metales
b. Aplicación a semiconductores
c. Estudio de capas moleculares adsorbidas en superficies conductoras
9. Panorama de las aplicaciones de la microscopía de fuerza atómica
a. Cristales dieléctricos
b. Polímeros
c. Muestras biológicas

Objetivos específicos de aprendizaje:1. Introducción y antecedentes
históricos
a. Conocer los métodos microscópicos anteriores a la SPM
b. Conocer el efecto túnel y sus aplicaciones
c. Conocer enfoques experimentales similares
2. Alcance y limitaciones de la microscopía óptica
a. Conocer y entender el límite de Abbe
b. Conocer y entender la microscopía láser de barrido
c. Conocer y entender la microscopía óptica de campo cercano
3. Principios básicos de la microscopía electrónica
a. Conocer y entender los principios de la microscopía electrónica
b. Apreciar los efectos de los errores de imagen
c. Conocer las bases de la preparación de muestras
d. Conocer y entender los alcances y las limitaciones
4. El efecto tunel y principios de operación del microscopio de
tunelamiento (STM)
a. Entender el efecto y saber calcular corrientes de tunelamiento en casos
simples
b. Conocer las diferentes teorías para describir la operación de un STM
c. Entender los diferentes modos de operacion y saber operar el SPM en estos modos
5. Diseño mecánico y electrónico de un STM
a. Entender los principios básicos del diseño mecánico y saber hacer un diseño simple
b. Entender y saber dimensionar un escáner piezoeléctrico
c. Conocer los elementos principales de la electrónica de control y entender el papel de los diferentes controladores
d. Conocer y entender los diferentes elementos de un software de manejo y adquisición de datos
e. Saber operar el microscopio SPM con todas sus opciones de control y procesamiento de la información
6. Principios de operación del microscopio de fuerza atómica (AFM)
a. Conocer, entender y saber calcular las diferentes interacciones entre punta y muestra
b. Conocer los diferentes modos de operación de un AFM
c. Entender las curvas de fuerza vs. distancia, saber calcular los registros esperados a partir de potenciales conocidos e interpretar
diagramas experimentales.
7. La estructura de superficies de sólidos cristalinos
a. Saber bosquejar las estructuras de superficies ideales
b. Entender el papel de la relajación y reconstrucción superficial
c. Entender el papel de los defectos y la termodinámica correspondiente
d. Entender las técnicas tradicionales
e. Entender y saber manejar las limitaciones de las técnicas SPM
8. Panorama de las aplicaciones de la microscopía de tunelamiento
a. Conocer y saber interpretar las aplicaciones a metales
b. Conocer y saber interpretar las aplicaciones a semiconductores
c. Conocer y saber interpretar las aplicaciones a capas moleculares
9. Panorama de las aplicaciones de la microscopía de fuerza atómica
a. Conocer y saber interpretar las aplicaciones a cristales dieléctricos
b. Conocer y saber interpretar las aplicaciones a polímeros
a. Conocer y saber interpretar las aplicaciones a muestras biológicas

Metodología de enseñanza:ñanza
Tiempo estimado de cada tema:1. Introducción y antecedentes históricos: 4 horas de clase
2. Alcance y limitaciones de la microscopía óptica: 4 horas de clase
3. Principios básicos de la microscopía electrónica: 4 horas de clase
4. El efecto tunel y principios de operación del microscopio de
tunelamiento (STM): 6 horas de clase, 4 horas de laboratorio
5. Diseño mecánico y electrónico de un STM: 6 horas de clase, 4 horas de laboratorio
6. Principios de operación del microscopio de fuerza atómica (AFM): 6 horas de clase, 4 horas de laboratorio
7. La estructura de superficies de sólidos cristalinos: 6 horas de clase, 4 horas de laboratorio
8. Panorama de las aplicaciones de la microscopía de tunelamiento: 6 horas de clase, 4 horas de laboratorio
9. Panorama de las aplicaciones de la microscopía de fuerza atómica: 6 horas de clase, 4 horas de laboratorio
10. Proyecto final: 8 horas de laboratorio

Políticas de evaluacion sugeridas:1 examen de medio término 25%
1 examen final 25%
6 actividades de aprendizaje basado en problemas (laboratorio) 25%
1 proyecto final 25%
Libro de texto1:D. Bonnell (ed.)
Scanning Probe Microscopy and Spectroscopy : Theory, Techniques, and
Applications
John Wiley & Sons, 2000
047124824X


Perfil del Profesor: Científico con doctorado y experiencia en la física del estado sólido, de preferencia en microscopía de sonda atómica.