En el Laboratorio de Resonancias Magnéticas del Centro Atómico Bariloche se dispone de un Microscopio de Barrido de Sonda capaz de operar en los modos Fuerza Atómica, Fuerza Magnética y Conductancia.

El microscopio fue adquirido a la empresa Veeco (actualmente Bruker) y es modelo Dimension 3100 con electrónica Nanoscope IV. Las características más importantes del equipo son:

• Opera en aire y tiene una amplia zona de trabajo que permite medir muestras de varios cm de lado, o bien añadir instrumental adicional cercano a la zona de la muestra.
• Para la obtención de imágenes topográficas puede usarse tanto en modo contacto como en contacto intermitente (tapping).
• Pueden obtenerse imágenes en zonas de hasta 100 x 100 μm2 de video que permite recorrer la muestra hasta encontrar la zona que se desea estudiar.
• Posee una resolución lateral de aproximadamente 20 nm (depende del tipo de punta que se utilice) y en altura puede medir escalones de menos de 1 nm.
• Utilizando puntas magnéticas se obtienen imágenes del gradiente de fuerza vertical, a partir de las cuales es posible inferir la estructura de dominios magnéticos.

AFM CONDUCTOR

Como microscopio de fuerza atómica conductor (CAFM), el AFM trabaja en modo contacto utilizando puntas conductoras. Se aplica una tensión eléctrica a la punta y se mide la corriente que circula entre la punta y la muestra. De esta manera, es posible realizar mapeos de conductividad y topografía de manera simultánea. Un amplificador permite medir corrientes en el rango de sub pA al nA (TUNA) y en el rango del nA al μA (CAFM). La resolución lateral típica es de 30 nm y permite caracterizar desde materiales aislantes, semicondutores hasta materiales metálicos.

Dentro de los modos existentes utilizando el CAFM, es posible realizar la caracterización de materiales piezoeléctricos, mediante lo que se conoce como PFM (piezoelectric force microscopy). En este modo el microscopio permite visualizar dominios ferreléctricos y medir la polarización eléctrica de estos materiales analizando la deformación que sufre la muestra al aplicarle un voltaje.

PROPIEDADES MECÁNICAS

- El microscopio cuenta con cantilevers especiales con punta de diamante que permiten realizar nanoindentaciones en las muestras y analizar las propiedades mecánicas de los sistemas a escala nanométrica. En este modo el microscopio mueve la punta en la dirección vertical (perpendicular a la superficie de la muestra) sin producirse un desplazamiento lateral de la misma. La punta penetra de manera controlada en la muestra y analizando las curvas de tensión-deformación es posible obtener parámetros como el módulo de Young y la dureza del material.

El sistema de detección del microscopio, mediante cuatro fotodiodos, permite analizar la deformación lateral de la punta (no solo la deformación vertical relacionada típicamente con la topografía). De esta manera es posible medir las propiedades de fricción de las muestras.

Extensiones del sistema.

• Se han diseñado dos electroimanes para aplicar campo magnético de hasta 300 Oe en el plano de barrido o perpendicular a la superficie de la muestra.
• Se dispone de una celda Peltier para realizar medidas por encima de temperatura ambiente.
• El AFM cuenta con un módulo de señales externo que permite acceder en modo lectura y escritura a las señales de medición / control y movimiento del microscopio. El equipo cuenta además con un conversor digital - analógico y un lock-in, especialmente adaptados para personalizar la implementación de nuevas experiencias.