Creciente uso de la tomografía de sonda atómica (III): Nuevas aplicaciones

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Este es el tercer y último post sobre la tomografía de sonda atómica (APT) (I,II) donde explicaré de forma breve algunos usos recientes de esta técnica:

»Control a nivel atómico y compresión de procesos de dopaje en nanocables de silicio (Si) (aquí).

El dopaje de semiconductores con ciertos átomos de impurezas es un método para la personalización de las propiedades electrónicas del material para diversas aplicaciones. Un grupo de investigación crearon nanocables de Si mediante deposición de vapor utilizando como catalizador de crecimiento nanopartículas de Aluminio (Al), en lugar del oro habitual y producieron, igualmente, un dopaje de tipo P efectivo (os aconsejo que veáis el post del 16 de marzo 2014 que habla entre otras cosas del dopaje y de los diferentes tipos de semiconductores dopados, aquí).

Gracias a la APT, los investigadores compredieron la implicación del Al en el proceso de auto-dopaje. En la figura podéis ver que la microscopía electrónica nos proporciona una proyeccion 2D de la interfaz entre las partículas del catalizador (Al) y el nanocable de Si (Izq) y la APT nos revela la estructura 3D de la región el proceso de auto-doping. Los átomos de Al están distribuidos uniformemente a través del cable (el níquel es una capa protectora).

»Estudios de nanopartículas en óxidos (aquí)

Arun Devaraj et al. han analizado recientemente muestras de nanopartículas de oro (Au) en óxido de magnesio (MgO) incrustado con APT. Demostrando sus resultados la viabilidad de la APT para el análisis de nanopartículas catalíticas, en este caso de Au, incrustadas en óxidos como MgO, un paso clave para estudiar las estructuras 3D de estas fases ocultas. Al correlacionar los resultados de la APT con los datos de la microscopía electrónica de transmisión (TEM), vieron la evaporación preferencial del MgO degradaba la resolución espacial del método y la exactitud del análisis de la composición de las nanopartículas de metal. Sin embargo los investigadores determinaron que los errores podían ser corregidos a través de un tratamiento teórico que representa las diferencias en las propiedades de los componentes. Cliando en el siguiente podréis ver un video de los resultados de la APT (aquí).

Oxígeno, cian; Magnesio, magenta y Oro, amarillo.

»Análisis de isótopos

Debido a que la APT determina los tiempos de vuelo revelan las relaciones masa-carga de los iones y, por lo tanto, la identidad de éstos puede determinar también la abundancia de los isótopos que es clave para la datación radiométrica. Por lo que un equipo dirigido por John W. Valley, geocientífico de la Universidad de Wiscoinsin utilizó esta técnica para redatar las muestras más antiguas de minerales de la Tierra, Silicatos de zirconio o circonitas (de Jack Hills, Australia Occidental). Estudios previos concluyeron que tenían 4,4 mil millones de años. La datación exige la cuantificación de uranio e isótopos de plomo (Pb), que debe permanecer fijo en su lugar dentro de una muestra para que su análisis a ser un éxito. Pero debido a los procesos de desintegración radiactiva que pueden causar que los átomos se difundan dentro y fuera de los cristales de circonio y sesgar los resultados de la datación y como consecuencia, la datación puede ser objeto de debate.

Los análisis de la APT, realizados recientemente por John W. Valley et al., revelaron que los isótopos de Pb son suficientemente móviles para formar clusters pero esos cambios tienen lugar en una escala tan pequeña que no afectan a los resultados de la datación. Confirmando así que el circonio más antiguo tiene unos 4310 millones de años (aquí).

Fuente: Artículo de C&EN

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