Un microscopio de catodoluminiscencia ( CL ) combina métodos de microscopios electrónicos y microscopios regulares (ópticos de luz) . [1] Está diseñado para estudiar las características de luminiscencia de secciones delgadas pulidas de sólidos irradiados por un haz de electrones .
Usando un microscopio de catodoluminiscencia , se pueden hacer visibles estructuras dentro de cristales o tejidos que no se pueden ver en condiciones normales de luz. Así, por ejemplo, se puede obtener información valiosa sobre el crecimiento de minerales. La microscopía CL se utiliza en geología , mineralogía y ciencia de materiales ( rocas , minerales , ceniza volcánica , vidrio , cerámica , hormigón , cenizas volantes, etc.). Más recientemente, los científicos han comenzado a investigar su aplicación para estudiar muestras biológicas, utilizando nanocristales inorgánicos dopados con elementos de tierras raras como sondas de imagen. [2] La microscopía electrónica de catodoluminiscencia correlativa (CCLEM) también se puede realizar en muestras seccionadas por haz de iones de enfoque (FIB), lo que permite potencialmente 3D CCLEM. [3]
El color y la intensidad de CL dependen de las características de la muestra y de las condiciones de trabajo del cañón de electrones . Aquí, el voltaje de aceleración y la corriente del haz del haz de electrones son de gran importancia. En la actualidad, se utilizan dos tipos de microscopios CL. Uno trabaja con un " cátodo frío " que genera un haz de electrones mediante un tubo de descarga de corona , el otro produce un haz utilizando un " cátodo caliente ". Los microscopios CL de cátodo frío son los más sencillos y económicos. A diferencia de otras técnicas de bombardeo electrónico como la microscopía electrónica , la microscopía de catodoluminiscencia fría proporciona iones positivos junto con los electrones que neutralizan la acumulación de carga superficial y eliminan la necesidad de aplicar recubrimientos conductores a las muestras. El tipo "cátodo caliente" genera un haz de electrones mediante un cañón de electrones con filamento de tungsteno. La ventaja de un cátodo caliente es la alta intensidad del haz controlable con precisión que permite estimular la emisión de luz incluso en materiales de luminiscencia débil (por ejemplo, cuarzo - ver imagen). Para evitar la carga de la muestra, la superficie debe recubrirse con una capa conductora de oro o carbono . Esto generalmente se hace mediante un dispositivo de deposición por pulverización catódica o un revestidor de carbón.
Los sistemas CL también se pueden conectar a un microscopio electrónico de barrido . Estos dispositivos se utilizan tradicionalmente para aplicaciones especiales como, por ejemplo, investigaciones en ciencia de materiales , geociencia , investigación óptica o determinación de la calidad de la cerámica . [4] Los nuevos sistemas SEM CL pueden utilizarse para la investigación en nanofotónica . [5] La ventaja más destacada son sus mayores aumentos. Sin embargo, la información de color CL solo se puede obtener mediante un análisis espectroscópico de la emisión de luminiscencia.
La visualización directa de los colores de emisión solo la proporcionan los microscopios CL ópticos, tanto del tipo de cátodo "frío" como "caliente".
Más recientemente, se ha desarrollado un sistema de microscopía de catodoluminiscencia de resolución angular en el Instituto FOM AMOLF . Este es un super-resolución técnica que puede crear imágenes con una resolución de hasta 10 nm. [6] A partir de 2011, esta tecnología se encuentra disponible comercialmente. [7] [8]
Densidad local de estados fotónicos probados por CL
Más allá de la composición del material, la microscopía de catodoluminiscencia se puede utilizar para estructuras hechas de materiales conocidos, pero con ricas combinaciones de estos. En este caso, CL es capaz de medir la densidad local de estados (LDOS) de un medio fotónico nanoestructurado, donde la intensidad del CL emitido refleja directamente el número de estados fotónicos disponibles. Esto es muy relevante para materiales como cristales fotónicos o topologías complejas para las que se logran grandes variaciones de LDOS en escalas nanométricas. [9]
Por otro lado, las variaciones de LDOS deben tenerse en cuenta al analizar mapas CL estándar.
Referencias
- ^ "¿Qué es la imagen de catodoluminiscencia? | Delmic" . Delmic . 2018-04-23 . Consultado el 23 de abril de 2018 .
- ^ Keevend, K .; Stiefel, M .; Neuer, AL; Materia, MT; Neels, A .; Bertazzo, S .; Herrmann, IK (2017). "Nanocristales de LaF3 dopados con Tb3 + para imágenes de microscopía electrónica de catodoluminiscencia correlativa con resolución nanométrica en muestras biológicas seccionadas por haz de iones enfocado". Nanoescala . 9 (13): 4383–4387. doi : 10.1039 / C6NR09187C . ISSN 2040-3372 . PMID 28116399 .
- ^ Keevend, K .; Stiefel, M .; Neuer, AL; Materia, MT; Neels, A .; Bertazzo, S .; Herrmann, IK (2017). "Nanocristales de LaF3 dopados con Tb3 + para imágenes de microscopía electrónica de catodoluminiscencia correlativa con resolución nanométrica en muestras biológicas seccionadas por haz de iones enfocado". Nanoescala . 9 (13): 4383–4387. doi : 10.1039 / C6NR09187C . ISSN 2040-3372 . PMID 28116399 .
- ^ BV, DELMIC. "Imágenes de catodoluminiscencia SEM | DELMIC" . www.delmic.com . Consultado el 10 de febrero de 2017 .
- ^ "Catodoluminiscencia, imágenes de catodoluminiscencia SPARC, espectroscopía CL, microscopía CL, SEM CL, espectroscopía de ángulo resuelto, imágenes de ángulo resuelto" . www.nanounity.com . Consultado el 10 de febrero de 2017 .
- ^ BV, DELMIC. "Imagen de catodoluminiscencia resuelta en ángulo - Nota técnica | DELMIC" . request.delmic.com . Consultado el 8 de febrero de 2017 .
- ^ "Premio Investigación en Ciencia de la Luz - QEOD" . qeod.epsdivisions.org . Consultado el 2 de febrero de 2017 .
- ^ "Albert Polman - AMOLF" . AMOLF . Consultado el 2 de febrero de 2017 .
- ^ Sapienza, R .; Coenen, T .; Renger, J .; Kuttge, M .; van Hulst, NF; Polman, A. (1 de septiembre de 2012). "Imagen de sub-longitud de onda profunda de la dispersión modal de la luz". Materiales de la naturaleza . 11 (9): 781–787. Código Bibliográfico : 2012NatMa..11..781S . doi : 10.1038 / nmat3402 . ISSN 1476-1122 . PMID 22902895 .
Otras lecturas
- Científicos arrojan luz sobre materiales brillantes CL sondea el LDOS fotónico
- Desde el descubrimiento del electrón hasta la microscopía de sublongitud de onda: una introducción a la catodoluminiscencia DELMIC Microscopy Blog
- Calcita amarilla brillante y aragonito verde: la catodoluminiscencia arroja luz en las geociencias Blog de microscopía de DELMIC
- Richter, DK; Goette, T .; Goetze, J .; Neuser, RD (2003). "Avances en la aplicación de la catodoluminiscencia (CL) en petrología sedimentaria". Mineralogía y Petrología . 79 (3-4): 127-166. Código Bibliográfico : 2003MinPe..79..127R . doi : 10.1007 / s00710-003-0237-4 .