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Descubre: ¿Por qué STEM puede lograr una resolución sub-angstrom?
A la vanguardia de la investigación científica, el microscopio electrónico de transmisión de barrido (STEM) es sin duda una herramienta importante. STEM no solo proporciona una resolución mayor que la microscopía electrónica de transmisión tradicional (CTEM), sino que también puede combinar múltiples técnicas analíticas simultáneamente, lo que permite a los investigadores profundizar en el mundo microscópico de los materiales. Este artículo explorará cómo STEM logra una resolución sub-angstrom y sus aplicaciones en la comunidad científica actual.
Principios básicos de STEM"El haz de electrones de un microscopio electrónico de transmisión de barrido se puede enfocar a un punto extremadamente pequeño, lo que nos permite obtener imágenes más claras a nivel atómico".
STEM funciona enfocando un haz de electrones en un punto diminuto (el tamaño típico es de 0,05 a 0,2 nanómetros). Luego, este haz de luz se escanea a través de la muestra, un proceso llamado iluminación de trama. Esta tecnología de escaneo no sólo permite la adquisición de imágenes de alta resolución, sino que también puede combinarse con técnicas analíticas como la obtención de imágenes de campo oscuro anular con contraste Z y la espectroscopia de rayos X por dispersión de energía (EDX). Esto hace posible la correlación directa entre la imagen y los datos espectrales, mejorando enormemente la precisión y la eficiencia de la investigación.
Antecedentes históricosLa historia del microscopio electrónico de transmisión de barrido se remonta a 1938, cuando el ingeniero alemán Manfred von Ardenne construyó por primera vez este tipo de microscopio. Aunque sus logros no podían compararse con los del CTEM en aquel momento, sentaron las bases para desarrollos posteriores. No fue hasta la década de 1970 que Albert Crewe, de la Universidad de Chicago, heredó esta tecnología, la equipó con lentes objetivos de alta calidad y fue pionero en la ciencia, la tecnología, la ingeniería y las matemáticas (STEM) modernas.
Un gran avance en la eliminación de aberraciones
Con el avance de la tecnología, se han agregado correctores de aberración a STEM, lo que permite enfocar la sonda de electrones a un diámetro menor que un angstrom, lo que ha llevado la resolución de la imagen a un nivel sin precedentes. En 1997 se demostró por primera vez una resolución de 1,9 angstroms, y en 2000 se logró una resolución de aproximadamente 1,36 angstroms. El desarrollo posterior de la tecnología ha permitido a los científicos identificar columnas atómicas individuales con una claridad sin precedentes.
Modos de imágenes STEM
STEM tiene varios modos de obtención de imágenes, incluidos el campo oscuro anular (ADF), el campo brillante y el contraste de fase diferencial (DPC). El modo de campo oscuro anular forma imágenes al detectar electrones dispersos, cuyo número está relacionado con el número atómico, lo que simplifica el proceso de interpretación de la imagen. Las imágenes de campo brillante pueden proporcionar imágenes complementarias para una comprensión más completa de la estructura del material.
Espectroscopia en STEM"La interpretación sencilla del modo de campo oscuro anular hace que STEM sea una técnica atractiva en microscopía electrónica de alta resolución".
Además de las técnicas de imágenes, STEM también se utiliza ampliamente en el análisis espectroscópico, incluida la espectroscopia de pérdida de energía de electrones (EELS) y la espectroscopia de rayos X por dispersión de energía (EDX). EELS cuantifica la energía perdida por un haz de electrones en un material y puede utilizarse para identificar su composición y estructura química. Mediante estas técnicas, los científicos pueden mapear materiales con resolución atómica, mejorando enormemente la comprensión de las estructuras microscópicas.
Aplicaciones de la microscopía electrónica de transmisión de barrido cuantitativo (QSTEM)
Con la llegada de QSTEM, los científicos pueden cuantificar con precisión las características de los materiales. La llegada de esta tecnología permite a los investigadores identificar la relación entre la microestructura y las propiedades físicas a partir de imágenes, como la deposición de películas delgadas, el crecimiento de cristales y el movimiento de dislocación. Su amplia gama de aplicaciones abarca muchos campos de la ciencia de los materiales, promoviendo así el análisis en profundidad de la investigación relacionada.
Perspectivas de futuro
Si bien las tecnologías STEM han logrado avances sorprendentes, aún quedan desafíos por delante. Cómo reducir la dependencia de equipos de alta gama y proponer algoritmos y soluciones efectivas a problemas específicos en la aplicación específica de la investigación de materiales son temas importantes a los que se debe prestar atención en el futuro. A medida que la tecnología continúa avanzando, los límites de aplicación de STEM seguirán expandiéndose, acercándonos más misterios científicos.
Entonces, con el avance continuo de la tecnología STEM, ¿seremos capaces de obtener datos a nivel atómico más precisos a un menor costo en el futuro?
