Infografía AFM

Principios fisicos presentes en el funcionamiento del AFM

Microscopio de Fuerza Atómica (AFM)

Resolución nanométrica

Interacción punta-muestra

Detección de Fuerzas

Modos de contacto

Obtención de imagenes-espectros

Interacción punta-muestra

1. Punta y Cantilever: El AFM utiliza una sonda extremadamente fina, conocida como punta, que está unida a un cantilever (una especie de palanca muy sensible).2. Interacción Fuerza-Punta: Cuando la punta se acerca a la superficie de la muestra, se generan fuerzas intermoleculares entre los átomos de la punta y los de la muestra. Estas fuerzas pueden ser de atracción o repulsión.3. Deflexión del Cantilever: La interacción entre la punta y la muestra causa una deflexión en el cantilever. Esta deflexión se mide mediante un láser que incide sobre el cantilever y se refleja en un detector.

Después que se dirige un laser a la parte trasera del catilever, este refleja el movimiento debido a las fuerzas entre la punta y a muestra dirigiendolo hacia un detector fotodiodo. El detector mide los cambios en la posición del láser reflejado y convierte esta información en una señal eléctrica. Esta señal se utiliza para crear una imagen en tiempo real de la topografía de la superficie de la muestra

Detección de Fuerzas

Modos de operación

Modo de contacto: En este modo la punta de la sonda está en contacto constante con la superficie de la muestra. A medida que la sonda se mueve sobre la superficie, las fuerzas entre la punta y la muestra (como las fuerzas de Van der Waals) causan que el cantilever se desvíe.

Modo de no contacto: En este modo, la punta del microscopio no toca la muestra sino que se excita cantilever cerca de su frecuencia de resonancia de modo que vibre cerca de la superficie de la muestra.

Modo de tapping: es una combinación de los modos de contacto y no contacto. La punta oscila y toca la superficie de la muestra de manera intermitente.La punta oscila a una frecuencia específica y toca la superficie brevemente en cada ciclo de oscilación.

Obtención de imagenes

Durante el escaneo, el AFM registra la deflexión del cantilever en cada punto de la superficie de la muestra. Esta deflexión se traduce en una señal eléctrica que varía según la altura de la superficie en ese punto específico. Las señales eléctricas recogidas por el detector se convierten en datos digitales. Cada valor de deflexión corresponde a una altura específica de la superficie de la muestra.

El software del AFM toma estos datos de altura y los asigna a coordenadas correspondientes a la posición de la punta en la superficie. Así, cada punto en el mapa tiene una coordenada (X, Y) y una altura (Z). El software del AFM utiliza estos datos para construir una imagen tridimensional. La altura (Z) en cada punto se representa visualmente, creando una topografía de la superficie de la muestra.

¿Cómo logra resoluciones nanometricas el AFM?

Existen varios factores que permiten tener resoluciones nanométricas al AFM: La punta que es extremadamente afilada, con un radio de curvatura en el rango de nanómetros. El cantilever es muy sensible a las fuerzas que actúan sobre él. Puede detectar fuerzas del orden de los piconewtons (10^-12 N). El AFM utiliza piezoeléctricos para mover la punta con una precisión subnanométrica en las direcciones X, Y y Z. Ademas que el sistema de detección de deflexión del láser es extremadamente preciso.