Microscopía de efecto túnel para el estudio de nanoestructuras con resolución atómica

Abstract

RESUMEN: En este trabajo de fin de grado se exponen las ideas clave para la comprensión de los fundamentos de un microscopio de barrido de efecto túnel (Scanning Tunneling Micros cope, STM). Además, se hace un repaso de las partes más importantes que lo componen, así como de los principales aspectos técnicos necesarios para su funcionamiento. También, se analizan distintos resultados obtenidos al escanear una superficie de grafito pirolítico altamente orientado (Highly Oriented Pyrolytic Graphite, HOPG). En primer lugar, se realiza una introducción que permite entender el principio de funcionamiento de un STM. Después, se realiza una síntesis de los aspectos teóricos más relevantes, como el efecto túnel, el modelo de Bardeen para el tunelamiento o los dos modos de escaneo (corriente constante y altura constante). Se incluye una sección sobre el grafito, que será importante para el análisis de las imágenes STM. A continuación, se indican los componentes del dispositivo experimental con el que se ha trabajado. Se explican brevemente aspectos técnicos, tales como el efecto piezoeléctrico, la preparación de la punta del STM, el control de retroalimentación o la representación de datos y el procesamiento de imagen. Posteriormente, se pasa a analizar el proceso de escaneo de muestras con el STM. Luego, se muestra el procesamiento de las imágenes obtenidas en el laboratorio. Para terminar, se presentan los resultados de la calibración del STM, así como los obtenidos mediante espectroscopía de barrido de efecto túnel.

ABSTRACT: This dissertation presents the key ideas for understanding the fundamentals of a Scanning Tunneling Microscope (STM). In addition, we will review the most important parts of the STM, as well as the main technical aspects necessary for its operation. Al so, different results obtained by scanning a surface of highly oriented pyrolytic graphite (HOPG) are analyzed. First, an introduction allows us to understand the principle of operation of a STM. Then, we can see a synthesis of the most relevant theoretical aspects, such as the tunnel effect, the Bardeen model for tunneling or the two scanning modes (constant current and constant height). A section on graphite is included, which will be significant for the analysis of STM images. Then, we can find the components of the experimental device that we have used. Technical aspects such as the piezoelectric effect, STM tip prepara tion, feedback control or data representation and image processing are briefly explained. Subsequently, the scanning process with the STM is analyzed. Then, we can learn about the image processing. Finally, the results of the STM calibration are presented, as well as those obtained by scanning tunnelling spectroscopy.