Stm e afms

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MICROSCÓPIO DE TUNELAMENTO COM VARREDURA (STM) E MICROSCÓPIO DE FORÇA ATÔMICA (AFM)

AUTOR: FABIANO CARVALHO DUARTE RA: 001192 END. ELETRÔNICO: fafe@mii.zaz.com.br

MATÉRIA: IE 607 A - MEDIDAS PARA CARACTERIZAÇÃO E ANÁLISE DE MATERIAS

PROFESSORES: DR. FÚRIO DAMIANI DR. PETER JÜRGEN TATSCH

1 - RESUMO
Existem diversas técnicas para observação de detalhes ampliados de superfícies, como,por exemplo, com lentes, usando um microscópio ótico, inventado no século XVIII. Neste século, foram desenvolvidos métodos de visualização baseados em feixes de íons ou de elétrons mas a idéia dos microscópios de sonda é totalmente diferente. Graças à invenção do microscópio de tunelamento (STM), passou a ser possível não só ver mas medir e manipular átomos ou moléculas. A invenção do STMdesencadeou o desenvolvimento de uma grande variedade de microscópicos de varredura por sonda (SPM) tais como o microscópio de força atômica (AFM), o microscópio de força magnética (MFM), o microscópio de força eletrostática (EFM), o microscópio ótico de campo próximo (SNOM), e todos os derivados. O principal componente de um SPM é o sensor, com o qual consegue-se sondar as amostras e obter as imagens commagnificações muito altas, de forma tal que podem ser medidas distâncias com resolução de até 0,1 ângstrom (1Å=10-10 m). Os sensores usados neste tipo de aparelhos são: para o microscópio de tunelamento, uma ponta metálica de dimensões quase atômicas que é varrida muito próxima da superfície da mostra para fazer tunelamento entre ela e a amostra; para o microscópio de força atômica, um sensor deforça em forma de ponta condutora ou isolante e para o SNOM uma fibra ótica.

2 – INTRODUÇÃO

A compreensão da estrutura básica que é composta a matéria, tem se apresentado ao longo do tempo como um desafio aos estudiosos. A partir do momento em que se compreende a estrutura básica da matéria, pode-se compreender suas propriedades, e assim, levar a uma mudança controlada de nosso ambiente. Osprimeiros instrumentos utilizados para elucidar a estrutura atômica foram os microscópios ópticos, porém esses instrumentos ópticos possuem a limitação do comprimento de onda da luz visível, dada pelo critério da difração de Rayleigh, ou seja, ele descobriu que um sistema ótico, seja o olho, sejam as lentes de um microscópio, é capaz de resolver duas fontes pontuais se os correspondentes diagramasde difração estão suficientemente separados para serem distinguidos. Estudando os diagramas de duas fontes luminosas Rayleigh concluiu que elas podem ser resolvidas se o máximo principal (ou central) de uma coincide com o primeiro mínimo da outra. Isto é equivalente à condição de que a distância entre os centros dos diagramas deve ser igual ao raio do disco central. Calculando numericamentechega-se a que só podem ser resolvidos objetos de 200 a 350 nm, ou seja, da metade do comprimento de onda da luz visível. As primeiras imagens de átomos foram obtida com o microscópio iônico de campo, inventado por Erwin Müller. Outro método pelo qual se pode obter imagens de átomos é através do microscópio eletrônico de varredura(SEM), apenas capaz de trabalhar em vácuo, pode resolver escalasnanométricas (1 nm = 10-9 m) mas, em geral, com efeitos destrutivos para a amostra. Além disso, um SEM não é capaz de dar uma boa informação sobre profundidade. Os mais novos desenvolvimentos nesta área são microscópios de varredura por sonda, ou SPM (Scanning Probe Microscope) que na realidade são grupos de instrumentos compostos basicamente de sonda sensora, cerâmicas piezelétricas para posicionar oobjeto

amostra e fazer varreduras, circuitos de realimentação para controlar a posição vertical da sonda e um computador para mover os scanners de varredura, armazenar dados e os converter em imagens por meio de softwares específicos para esse fim. Há diversos tipos de microscópios de sonda: o de tunelamento ou STM (Scanning Tunneling Microscope), o de força ou AFM (Atomic Force Microscope), o...
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