Cómo funciona AFM (How AFM Works)

• Mundo Nano
Nano, de la palabra griega que significa 'enano', se corresponde con un prefijo que indica un factor de 10-9. Así, un nanómetro es una milmillonésima de un metro, que es la escala de longitud a la que la fuerza intermolecular y el efecto cuántico toman lugar. ¡Para poner la nano escala en una perspectiva más comprensible, tenga en cuenta que el tamaño de un átomo en comparación con una manzana es similar al tamaño de una manzana en relación con el planeta tierra! Los microscopios de fuerza atómica (AFM) nos ofrecen una ventana a este mundo de nano escala.

• Principio AFM

Sensor de superficie
Un AFM utiliza una micro palanca con una punta muy afilada en su vértice para escanear la superficie de la muestra. A medida que la punta se acerca a la muestra, las fuerzas de atracción de corto alcance entre la superficie y la punta de la micro palanca provocan que ésta se flexione hacia la superficie. Sin embargo, debido a que la punta continua aproximándose a la superficie hasta llegar a tocarla, se observa un aumento de las fuerzas repulsivas que inducen una inversión de la flexión de la micro palanca contra la superficie.

Método de detección
Se emplea un haz láser para detectar desviaciones en la micro palanca hacia o contra la superficie. Haciendo reflejar el haz incidente en la parte superior plana de la micro palanca, cualquier movimiento de la micro palanca producirá pequeños cambios en la dirección del rayo reflejado. Empleando un fotodiodo sensible a la posición (PSPD) se pueden monitorizar estos cambios de posición. Así, si una punta de AFM pasa sobre una superficie elevada, la flexión contra la superficie de la micro palanca resultante (y el subsecuente cambio en la dirección del rayo reflejado) se registra por los cambios de la posición del haz laser medidos en el PSPD.

Adquisición de imágenes
La obtención de la imagen topográfica de AFM en una muestra se realiza explorando la superficie con la micro palanca en la zona de interés. La transición entre accidentes topográficos elevados y deprimidos en la superficie de la muestra influyen en la desviación de la micro palanca, que se monitoriza en el PSPD. Usando un circuito de retroalimentación para controlar la altura de la punta sobre la superficie, y buscando mantener constante la posición del láser sobre el PSPD, el AFM puede generar un mapa topográfico exacto de las características superficiales.


Imagen estándar
Modo de contacto
En este método, la micro palanca se desplaza a lo largo de la superficie de la muestra. Debido a que la micro palanca está en contacto con la superficie, la fuerza repulsiva fuerte causa que la micro palanca se desvíe cuando pasa sobre distintos accidentes topográficos.

Modo de no contacto
En esta técnica, la micro palanca oscila a poca distancia justo por encima de la superficie a medida que explora. Un circuito de retroalimentación preciso de alta velocidad evita que la punta de la micro palanca se estrelle contra la superficie, preservando la agudeza de la punta y dejando la superficie intacta. Cuando la punta se acerca a la superficie de la muestra, disminuye la amplitud de oscilación de la micro palanca. Utilizando el circuito de retroalimentación para corregir estas desviaciones de amplitud, se puede generar una imagen de la topografía de la superficie.