Diferentes estudios con microscopías de barrido por sonda local

Abstract

En este trabajo se muestran diferentes estudios que involucran técnicas de microscopía de barrido por sonda local. Actualmente, el Litoral (IFIS Litoral) cuenta con dos sistemas de microscopias de barrido por sonda local independientes con los que se vienen haciendo los trabajos mencionados. El primer sistema es un " Scanning Probe Microscope (SPM) " con el cual se puede trabajar con las técnicas AFM (microscopía de fuerza atómica), STM (microscopía túnel de barrido), KPFM (microscopía de fuerza por sonda Kelvin) y MFM (microscopía de fuerza magnética), todas en condiciones atmosféricas y temperatura ambiente. Se lo utiliza para analizar muestras aislantes, conductoras o semiconductoras, poco propensas a contaminarse con elementos atmosféricos. El segundo sistema consiste en un cabezal de STM que trabaja bajo condiciones de ultra alto vacío (UHV). Se lo utiliza para analizar muestras conductoras, sensibles al ambiente y con baja presión de vapor, a temperatura ambiente. Además, el sistema cuenta con todo lo necesario para manipular las muestras, generar y mantener el vacío de la cámara de UHV, donde va montado el cabezal del STM, y de la pre-cámara de reacciones, donde se limpian las muestras. A partir de la utilización de estos sistemas el grupo lleva adelante líneas de trabajos relacionadas con el crecimiento epitaxial de materiales y la síntesis de superficies nanoestructuradas. Dentro de estas líneas de trabajo podemos mencionar el crecimiento de películas aislantes de fluoruro de aluminio (AlF3) sobre las caras monocristalinas de Cu(111) y Cu(100) [1], estudio que llevamos adelante en el sistema STM/UHV. En estos estudios, hemos mostrado que las etapas iniciales de crecimiento de películas ultra-delgadas de AlF3 en Cu(111) muestra algunas diferencias respecto a la deposición sobre Cu(100). En ambos casos, se observa la formación de islas fractales, con superficies corrugadas y alturas similares, 0.25-0.30 nm. Los bordes de los escalones de Cu(111) no se decoran completamente, incluso para recubrimientos grandes (> 0.7 MC), las islas son de mayor tamaño y menor densidad superficial. Estos resultados experimentales han sido entendidos con la ayuda de simulaciones de Metrópolis Monte Carlo (MMC). En el Cu(111), cuando se forman las bi-moléculas reconstruidas, se mueven a lo largo de tres direcciones privilegiadas, en lugar de dos observado para Cu(100). La probabilidad de recibir nuevas contribuciones es entonces 50 % mayor, lo que justifica el tamaño más grande y la menor densidad superficial de islas en los experimentos. Para reproducir los resultados experimentales dentro del esquema del KMC es necesario, en el caso del Cu(111), considerar escalones reflectantes y no nucleantes marcando una diferencia importante entre las 2 faces cristalinas. En el sistema SPM, a partir de utilizar la técnica AFM se ha estudiado el crecimiento de películas gruesas (~4 MC) de moléculas de C60 sobre diferentes sustratos: (a) Cu(111), (b) HOPG, (c) grafeno/Cu y (d) Si(100) [2]. En todos los casos la superficie se cubre completamente con moléculas. La rugosidad de las películas aumenta del Cu al Si, es decir siguiendo el orden (a, b, c y d), posiblemente debido a las estructuras superficiales de cada uno de los sustratos involucrados. Las primeras 3 son hexagonales, solo el Cu(111) con átomo centrado, mientras que el Si(100) tiene una estructura rectangular (2×1). A partir de la versatilidad del sistema SPM se ha trabajado en colaboración con colegas de otras universidades e institutos de nuestro país en temas tales como la caracterización mediante AFM y KPFM de superficies de carbono (HOPG) modificados con dendrones basados en ácido 3,5-dinitrobenzoico G1-NO2 y G2-NO2, ácido 3,5-diaminobenzoico G1-NH2 y polímeros hiperramificados Boltorn H30 y H40. Trabajando en " tapping-mode " se utilizaron las técnicas AFM para caracterizar las superficies complementando estudios electroquímicos, evaluándose el efecto del cubrimiento así como también las propiedades viscoelásticas de las superficies.