Sonda atómica
La sonda atómica fue presentada en el 14º Simposio de Emisión de Campo en 1967 por Erwin Wilhelm Müller y JA Panitz . Combinaba un microscopio de iones de campo con un espectrómetro de masas con capacidad de detección de una sola partícula y, por primera vez, un instrumento podía "... determinar la naturaleza de un solo átomo visto en una superficie metálica y seleccionado de los átomos vecinos a discreción. del observador”. [1]
Las sondas atómicas se diferencian de los microscopios ópticos o electrónicos convencionales en que el efecto de ampliación proviene de la ampliación proporcionada por un campo eléctrico altamente curvado, en lugar de la manipulación de las trayectorias de radiación. El método es de naturaleza destructiva al eliminar iones de la superficie de una muestra para generar imágenes e identificarlos, generando aumentos suficientes para observar átomos individuales a medida que se eliminan de la superficie de la muestra. A través del acoplamiento de este método de aumento con la espectrometría de masas de tiempo de vuelo , se puede calcular la relación masa-carga de los iones evaporados por la aplicación de pulsos eléctricos. [2]
A través de la evaporación sucesiva del material, se eliminan capas de átomos de una muestra, lo que permite sondear no solo la superficie, sino también a través del material mismo. [3] Los métodos informáticos se utilizan para reconstruir una vista tridimensional de la muestra, antes de que se evapore, proporcionando información a escala atómica sobre la estructura de una muestra, así como información sobre el tipo de especie atómica. [4] El instrumento permite la reconstrucción tridimensional de hasta miles de millones de átomos a partir de una punta afilada (correspondiente a volúmenes de muestra de 10 000-10 000 000 nm 3 ).
Las muestras de sondas atómicas tienen forma para proporcionar implícitamente un potencial eléctrico altamente curvo para inducir la ampliación resultante, en oposición al uso directo de lentes, como a través de lentes magnéticas . Además, en funcionamiento normal (a diferencia de los modos de ionización de campo), la sonda atómica no utiliza una fuente secundaria para sondear la muestra. Más bien, la muestra se evapora de manera controlada (evaporación de campo) y los iones evaporados impactan en un detector, que normalmente se encuentra a una distancia de 10 a 100 cm.
Se requiere que las muestras tengan una geometría de aguja y se producen mediante técnicas similares a las del electropulido de preparación de muestras TEM o métodos de haz de iones enfocados . Desde 2006, los sistemas comerciales con pulsos de láser están disponibles y esto ha ampliado las aplicaciones de especímenes solo metálicos a semiconductores, aislantes como cerámica e incluso materiales geológicos. [5] La preparación se realiza, a menudo a mano, para fabricar un radio de punta suficiente para inducir un campo eléctrico alto, con radios del orden de 100 nm .
Para llevar a cabo un experimento de sonda atómica, se coloca una muestra con forma de aguja muy afilada en un vacío ultraalto.cámara. Después de la introducción en el sistema de vacío, la muestra se reduce a temperaturas criogénicas (típicamente 20-100 K) y se manipula de modo que la punta de la aguja apunte hacia un detector de iones. Se aplica un alto voltaje a la muestra y se aplica un pulso de láser a la muestra o un pulso de voltaje (típicamente 1-2 kV) con tasas de repetición de pulso en el rango de cientos de kilohercios se aplica a un contraelectrodo. La aplicación del pulso a la muestra permite que los átomos individuales en la superficie de la muestra sean expulsados como iones desde la superficie de la muestra en un momento conocido. Por lo general, la amplitud del pulso y el alto voltaje en la muestra se controlan por computadora para alentar a que solo un átomo se ionice a la vez, pero son posibles múltiples ionizaciones.
