1. MAURICIO GONZALEZ
RAMOS
Microscopio de Fuerza Atómica
(AFM)

2. Introducción
El AFM se puede usar
para realizar imágenes
de cualquier superficie
conductiva o no!!!
• Aplicaciones en varios campos:
ciencias de la vida, la ciencia
de los materiales,
electroquímica, polímeros,
biofísica, nanotecnología y
biotecnología.
• Aplicable a películas gruesas
y delgadas, cerámicos,
compósitos, vidrios,
membranas, metales,
semiconductores y aislantes.

3. Principio Físico y Operación
 Los microscopios de sonda de barrido (scanned-proximity probe
 microscopes) miden una propiedad local: absorción óptica, altura o
 magnetismo; mediante una sonda o punta muy cercana a la Superficie.
Técnicas basadas en el uso de un
transductor piezoeléctrico que
permite controlar la posición
espacial
de la punta de la sonda con mucha
precisión, lo que permite mapear la
propiedad de la superficie en una
escala atómica o nanométrica.
No se usan lentes. El tamaño de la
sonda limita la resolución en vez de
los efectos de difracción.

4. Principio Físico del AFM
Al acercar el cantilever a la superficie de la
muestra, las fuerzas entre la punta y la
muestra se deflecta el cantilever según la ley
de Hooke.
F = - k x Ley de Hooke
Fuerzas: mecánicas de contacto, Van der
Waals, electrostáticas, magnéticas, de
enlace químico.
Detección mediante la reflexión de un láser
por el cantilever hacia un arreglo de
fotodiodos.

5. Otros Sensores de Deflexión
a) Tunelaje de electrones.
Mide la corriente de tunelaje
entre la punta del STM y el
lado conductivo del
cantilever.
b) Interferometría óptica
c) Reflexión del rayo láser por
el cantilever .
d) Medida de la capacitancia
entre el cantilever y el
electrodo.

6. Sistema de Regeneración
Ajusta la distancia punta-muestra para mantener una fuerza
constante entre la punta y la muestra.
Regeneración (feedback): cuando una parte de la línea de salida
del sistema es enlazada a la línea de entrada para controlar el
comportamiento dinámico del sistema.
Regeneración Negativa: el sistema responde en dirección opuesta a la
perturbación, para revertir la dirección del cambio en la salida. Busca
condiciones constantes de salida. Regresa al setpoint original
automáticamente.
Regeneración Positiva: El sistema responde en la misma dirección de
la perturbación, amplificando la señal original en vez de estabilizarla.

7. Sistema de Regeneración
El lazo de regeneración consiste en un tubo escaneador que
controla la altura de la muestra; el cantilever y lever óptico,
que mide la altura local de la muestra; y el circuito de
regeneración (feedback) cuya tarea es mantener la deflexión
del cantilever constante mediante el ajuste del voltaje
aplicado al tubo escaneador.
Entre más rápido se corrija la desviación de la deflexión,
más rápido obtendrá las imágenes el AFM.
Lazo de regeneración del AFM tiene un ancho de banda de
10 kHz, que permite adquirir imágenes en 1 minuto.

8. Sistema de Regeneración

9. PIEZOELÉCTRICO
Piezoeléctrico
Piezoelectricidad: habilidad de ciertos
cristales de generar un voltaje en
respuesta de un estrés mecánico
aplicado.
El efecto piezoeléctrico es reversible,
cuando se le aplica un voltaje externo al
cristal, puede cambiar su forma en una
pequeña cantidad
Los cerámicos piezoeléctricos hacen posible la creación de
dispositivos de posición tridimensional de alta precisión.
La forma tubular combina la construcción sencilla de una pieza,
alta estabilidad y amplio rango de barrido.
4 electrodos cubren la superficie exterior del tubo y uno el
interior. La aplicación de voltajes en los electrodos provoca
doblamiento o estiramiento originando el movimiento de la
muestra en tres dimensiones

10. Fotodiodos
Diodo semiconductor que funciona como
foto detector.
Diodo ~ Válvula check
• Una conexión de ventana o fibra óptica permite
la llegada de la señal al sensor.
• Luz con suficiente energía incide sobre el
semiconductor, fotones son absorbidos y se
genera corriente eléctrica

11. PUNTAS
Tres tipos comunes de puntas en AFM: a) Punta normal (3 μm largo);
(b) super punta; (c) Ultralever ( 3 μm largo). Micrografías electrónicas.
El radio final de la punta limita la resolución del AFM.
Punta Normal: pirámide de 3 μm de alto con ~30 nm de raio final.
Super punta ó punta depositada por haz de electrones:
deposición de un material de carbono. Es larga y delgada adecuada
para sondear en huecos y grietas, mejor radio final que la punta normal.
Ultralever: basada e un proceso de micro litografía. Tiene un alto
aspecto de radio y generalmente un radio final ~10 nm.

12. Operación
El AFM lleva la punta del cantilever (100-200 micras largo) a micras de la superficie. Un mecanismo de
regeneración permite que el piezoeléctrico rastreador mantenga la punta a una fuerza (para obtener
Información de las alturas) o altura constante (para información de fuerza) sobre la superficie.

13. Modo de Contacto
La interacción punta-muestra provoca
doblamientos del cantilever debidos a la
topografía.
• Deflexión de la punta usada como señal de
regeneración.
• La fuerza punta-superficie constante en el
barrido mediante una deflexión constante

14. INFOGRAFIA
 http://www.cnyn.unam.mx/~wencel/Cursos/Fenom
enos%20de%20superficies/AFM_Lizbeth.pdf.
 http://nlplab.usach.cl/publications/presentations%
20and%20posters/press_membranas_delgadas_Cta
ssius.pdf
 http://ocw.uc3m.es/ciencia-e-oin/microscopia-de-
fuerza-atomica/material-de-clase-1/MC-
F004_Tema_4.pdf