¿Qué es un microscopio de sonda de escaneo?

Un microscopio de sonda de barrido es cualquiera de varios microscopios que producen imágenes de superficie tridimensionales en muy alto detalle, incluida la escala atómica. Dependiendo de la técnica de microscopía utilizada, algunos de estos microscopios también pueden medir las propiedades físicas de un material, incluida la corriente eléctrica, la conductividad y los campos magnéticos. El primer microscopio de sonda de exploración, llamado microscopio de túnel de exploración (STM), se inventó a principios de la década de 1980. Los inventores del STM ganaron el premio Nobel de física unos años más tarde. Desde entonces, se han inventado varias otras técnicas, basadas en los mismos principios básicos.

Todas las técnicas de microscopía con sonda de escaneo implican un escaneo pequeño y puntiagudo de la superficie del material, ya que los datos se obtienen digitalmente del escaneo. La punta de la sonda de escaneo debe ser más pequeña que las características de la superficie escaneada, para producir una imagen precisa. Estos consejos deben reemplazarse cada pocos días. Por lo general, se montan en voladizos, y en muchas técnicas de SPM, el movimiento del voladizo se mide para determinar la altura de la superficie.

En la microscopía de túnel de escaneo, se aplica una corriente eléctrica entre la punta de escaneo y la superficie que se está fotografiando. Esta corriente se mantiene constante ajustando la altura de la punta, generando así una imagen topográfica de la superficie. Alternativamente, la altura de la punta puede mantenerse constante mientras se mide la corriente cambiante para determinar la altura de la superficie. Dado que este método utiliza corriente eléctrica, solo es aplicable a materiales que son conductores o semiconductores.

Varios tipos de microscopio con sonda de escaneo entran en la categoría de microscopía de fuerza atómica (AFM). A diferencia de la microscopía de túnel de barrido, AFM se puede usar en todo tipo de materiales, independientemente de su conductividad. Todos los tipos de AFM utilizan alguna medida indirecta de la fuerza entre la punta de escaneo y la superficie para producir la imagen. Esto generalmente se logra a través de una medición de la desviación del voladizo. Los diversos tipos de microscopio de fuerza atómica incluyen AFM de contacto, AFM sin contacto y AFM de contacto intermitente. Varias consideraciones determinan qué tipo de microscopía de fuerza atómica es mejor para una aplicación en particular, incluida la sensibilidad del material y el tamaño de la muestra a escanear.

Existen algunas variaciones en los tipos básicos de microscopía de fuerza atómica. La microscopía de fuerza lateral (LFM) mide la fuerza de torsión en la punta de escaneo, que es útil para mapear la fricción de la superficie. La microscopía de capacitancia de escaneo se usa para medir la capacitancia de la muestra mientras se produce simultáneamente una imagen topográfica AFM. Los microscopios de fuerza atómica conductiva (C-AFM) usan una punta conductora de forma muy similar a STM, produciendo así una imagen topográfica AFM y un mapa de la corriente eléctrica. La microscopía de modulación de fuerza (FMM) se usa para medir las propiedades elásticas de un material.

También existen otras técnicas de microscopio con sonda de barrido para medir propiedades distintas de la superficie tridimensional. Los microscopios de fuerza electrostática (EFM) se utilizan para medir la carga eléctrica en una superficie. A veces se usan para probar chips de microprocesador. La microscopía térmica de barrido (SThM) recopila datos sobre la conductividad térmica, así como el mapeo de la topografía de la superficie. Los microscopios de fuerza magnética (MFM) miden el campo magnético en la superficie junto con la topografía.