Creciente uso de la tomografía de sonda atómica (II): Innovaciones

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En el post de ayer (aquí) os introduje la tomografía de sonda atómica (Atom-Probe Tomography, APT), un descendiente directo del Microscopio de Iones de Campo (Field ion microscopy, FIM). Esta técnica más moderna es más potente: No sólo puede determinar, con la resolución subnanómetra, la estructura atómica tridimensional de las interfaces internas o enterradas, sino que también puede determinar la identidad química de los átomos de las muestras. Pero su alcance y su popularidad han crecido lentamente. Tan sólo en los últimos años ha aumentado a pasos agigantados. Las recientes innovaciones en la preparación de la muestra y en la instrumentación son los responsables, en gran parte, de la actual expansión de la técnica a nuevos materiales.

 En APT, los investigadores deducen la información estructural de la muestra por la trayectoria de los átomos de una punta ultraafilada (<50 nm radio) que se convierten en iones y golpean el detector del instrumento. Los tiempos de vuelo revelan las relaciones masa-carga de los iones y, por lo tanto, su identidad. Los ordenadores recogen los datos y elaboran a partir de éstos la representación en 3D de la muestra.

Para preparar las muestras afiladas, se ha utilizado hasta el electropulido (electropolishing) o la pulverización catódica de un haz de iones  (ion beam sputtering).

Pero la aparición de un nuevo método ha permitido ampliar la variabilidad de los materiales analizados por APT – antes metales y aleaciones -. Este nuevo método es una combinación de dos:

  • La pulverizacion cátodica de un haz de iones focalizados (Focused Ion Beam, FIB) para afilar. Un “chorro de arena” típico a nivel atómico son los iones de galio (Ga).
  • La microscopía electrónica de barrido ( scanning electron microscopy, SEM) para observar y retroalimentar el proceso de afilado microscópico que se produce.

Esta nueva técnica tecibe el nombre de Sistema de haz dual, en inglés Dual-Beam (FIB-SEM) Systems.

Otro avance clave ha sido la integración en los tomógrafos utilizados en APT, láseres pulsados de ultravioleta (pulsed ultraviolet lasers). En diseños anteriores, un pequeños electrodo situado cerca de la muestra ayudaba a los iones de la punta de la muestra evaporarse. Pero esto sólo funcionaba en los metales. En cambio, la incorporación de los láseres ha permitido analizar otro tipo de muestras como materiales con aislamiento eléctrico.

Credit: Thomas Kelly/Cameca

Gracias a estas innovaciones, se ha incrementado el uso de este método. La ATP ahora puede exponer las nanoestructuras 3D ocultas en óxidos, semiconductores, muestras biológicas, y otras clases de materiales que antes eran inaccesibles. Se puede aplicado en:

  • Catalizadores
  • Baterías
  • Microelectrónica
  • Biología básica
  • Geología
  • Ciencia planetaria.

Fuente: Artículo de C&EN

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