Cómo «sacar punta» a la captación de imágenes de alta resolución
Poco después de que se inventara la STM se descubrió que solamente las puntas afiladas eran capaces de proporcionar una imagen estable y fiable de las reconstrucciones atómicas en superficies metálicas. La resolución máxima se puede lograr con puntas que capten la mayor parte de la corriente de túnel a través de los orbitales electrónicos de un átomo único situado en el ápice. Las puntas para STM se elaboran habitualmente a partir de hilos de tungsteno policristalino de bajo coste, empleando un proceso de erosión electroquímica. También se puede conseguir una resolución a escala picométrica utilizando puntas fabricadas con átomos de elementos ligeros. Sin embargo, la mayoría de tratamientos aplicados a las puntas no producen ápices estables con estructuras atómicas y electrónicas bien definidas. La fabricación controlada de puntas adecuadas para la experimentación con STM fue uno de los principales aspectos abordados por este equipo científico financiado por la UE. El objetivo final del proyecto ORBITAL IMAGING (Electron orbital resolution in scanning tunneling microscopy) consistía en aumentar la calidad de la imagen en observaciones de superficies metálicas con estructuras complejas. El equipo del proyecto ORBITAL IMAGING elaboró sondas de tungsteno orientado en la dirección [001], afiladas bajo vacío ultra alto con calentamiento por haz electrónico y bombardeo iónico. Tanto la microscopía electrónica de barrido como la de transmisión confirmaron la reproducibilidad en la fabricación de puntas de átomo único con pirámides nanométricas engranadas en los ápices. Seguidamente, los investigadores demostraron las ventajas de estas puntas de tungsteno monocristalino aplicadas a la captación mediante microscopía de barrido de efecto túnel de imágenes de superficies de grafito pirolítico, de carburo de silicio y de grafeno. Cabe destacar que se halló una relación directa entre la estructura de la punta y la resolución a escala picométrica conseguida en dichos experimentos. Las puntas de tungsteno monocristalino se utilizaron también para obtener imágenes de alta resolución por STM de superficies de silicio con escalonamiento regular. Sometidas a un tratamiento térmico preciso, las superficies seleccionadas se reordenan con exactitud atómica formando terrazas de silicio y escalones triples de igual altura. Esta inusual reordenación superficial se convirtió en el objeto de una amplia investigación en el ámbito del proyecto ORBITAL IMAGING. Utilizando datos de STM de alta resolución obtenidos con puntas de tungsteno de estabilidad elevada, el equipo investigador descubrió que la periodicidad de las superficies de silicio estriadas se puede mantener y propusieron un modelo de su estructura atómica. Los resultados del proyecto ORBITAL IMAGING revelaron que la resolución picométrica conseguida en los experimentos realizados por STM con puntas de tungsteno era comparable a la mayor resolución alcanzada hasta entonces a través de la microscopía de sonda de barrido. Asimismo, los estudios experimentales confirmaron la idoneidad del grafeno formado sobre obleas de carburo de silicio de cara a su aplicación a la nanoelectrónica.
Palabras clave
Microscopía de barrido de efecto túnel, orbitales electrónicos, tungsteno, ORBITAL IMAGING, superficies metálicas, carburo de silicio, nanoelectrónica
