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Una nueva era en microscopía: ¿Cómo se logra el milagro científico de la obtención de imágenes a escala atómica?
La clave de la microscopía de sonda de barrido es el uso de actuadores piezoeléctricos para controlar el movimiento preciso a nivel atómico.
La diversidad de la microscopía de sonda de barrido reside en las numerosas tecnologías que ha derivado, incluidas la microscopía de fuerza atómica (AFM), la microscopía de fuerza química (CFM), la microscopía de fuerza electrostática (EFM), la microscopía de efecto túnel de barrido (STM), etc. Cada tecnología tiene sus ventajas y áreas de aplicación únicas. Por ejemplo, AFM utiliza pequeños movimientos de una sonda para medir fuerzas en la superficie de una muestra, creando una imagen de alta resolución de la topografía de la superficie.
Los diferentes modos de escaneo, como el modo de interacción constante y el modo de altura constante, permiten a los científicos obtener información detallada sobre la muestra de diferentes maneras.
En el modo de interacción constante, la sonda mantiene una interacción constante con la superficie de la muestra y los datos medidos se convierten en un mapa térmico que muestra la topografía de la superficie de la muestra. En el modo de altura constante, la superficie de la muestra se escanea sin mover la sonda. Aunque el modo de altura constante puede eliminar los artefactos causados por la retroalimentación, su funcionamiento es relativamente difícil y requiere un control extremadamente alto de la sonda.
Para lograr una resolución a nivel atómico, el diseño y el material de la sonda también son cruciales. Normalmente, la punta de la sonda debe ser muy afilada para que las sondas con punta de un solo átomo proporcionen los mejores resultados de imagen. Esto implica no sólo la tecnología de fabricación de la sonda, sino también un profundo conocimiento de la selección de materiales.
La resolución actual de la microscopía de sonda de barrido está limitada por el volumen de interacción sonda-muestra más que por el límite de difracción.
La ventaja de la microscopía de sonda de barrido es que no requiere un entorno de vacío para funcionar, lo que permite realizar observaciones en aire o líquidos convencionales. Pero al mismo tiempo, esta tecnología también enfrenta algunos desafíos, como la lenta velocidad de adquisición de imágenes y el impacto de la forma específica de la sonda en los datos cuando la muestra tiene grandes cambios de altura.
Una técnica relacionada es la microscopía de fotocorriente de barrido (SPCM), que utiliza un rayo láser enfocado en lugar de una sonda para permitir la prueba de materiales con resolución espacial. Esta técnica es particularmente importante en la industria optoelectrónica porque permite analizar cómo las propiedades ópticas de un material varían con la posición.
SPCM excita materiales semiconductores a través de láseres para generar fotocorriente y escanea en diferentes posiciones para obtener un mapa de propiedades optoelectrónicas.
Los investigadores que utilizan SPCM pueden analizar información como la dinámica de defectos del material, la longitud de difusión de los portadores minoritarios y el campo eléctrico, lo que puede ayudar a mejorar aún más las propiedades ópticas del material.
Con el avance de la tecnología informática, los sistemas SPM modernos generalmente se basan en software avanzado de visualización y análisis para generar imágenes. En este proceso, el software de renderizado de imágenes se vuelve indispensable y diferentes paquetes de software como Gwyddion y SPIP se utilizan ampliamente en el procesamiento y análisis de datos SPM.
Con el continuo avance de la tecnología, el ámbito de aplicación de los microscopios de sonda de barrido ha seguido ampliándose. No se limita únicamente a la investigación científica básica de los materiales, sino que también se utiliza ampliamente en biología, química, nanotecnología y otros campos. Estas tecnologías permiten a los científicos explorar el mundo microscópico desde una perspectiva completamente nueva y lograr observaciones más precisas.
Al explorar el infinito mundo microscópico, solo hemos desprendido una fina capa de ciencia. ¿Qué milagros inadvertidos se revelarán en el futuro?
