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[] Microscopia de
Tunelamento [ G. Medeiros-Ribeiro]
Microscopia de Tunelamento
Gilberto Medeiros-Ribeiro
Laboratório Nacional de Luz SÃncrotron,
Campinas, SP
Uma das mais
fascinantes invenções dos anos 80 foi sem dúvida o microscópio de
tunelamento (STM — Scanning Tunnelling Microscope), que permitiu
o desenvolvimento de uma variedade enorme de possibilidades de interação
com o mundo nanométrico, através das chamadas microscopias de varredura
de sondas (do inglês SPM — Scanning Probe Microscopy). O objetivo
deste capÃtulo é o de fazer uma breve revisão dos princÃpios básicos de
funcionamento de um STM e do espectro de possibilidades para o estudo de
propriedades de superfÃcies.
O mecanismo
básico que permite o funcionamento do microscópio de tunelamento é
bastante simples: tomemos uma ponta metálica, polarizada positiva ou
negativamente (tensões da ordem de 1 Volt) em relação a um substrato
metálico que se pretende investigar. Uma pequena corrente de tunelamento,
em geral da ordem de alguns nanoamperes, começa a circular para
distâncias suficientemente pequenas entre a amostra e a ponta, em geral
da ordem de 10 Ã…. Esta ponta pode ser movimentada sobre a superfÃcie
através de voltagens aplicadas em um cristal piezoelétrico nas direções
x, y e z [1], cujos deslocamentos são previamente calibrados por meio de
padrões. A figura 1 apresenta de forma esquemática um microscópio de
tunelamento. (1) representa o tubo piezoelétrico para varredura da ponta
(2) sobre a superfÃcie da amostra a ser investigada (3). Em se mantendo
a corrente constante através dos deslocamentos do elemento piezoelétrico
Z, durante a varredura em X e Y através de potenciais aplicados nesses
eletrodos (4), gera-se uma imagem (5). Uma unidade de controle (6)
permite que o mecanismo de retroalimentação seja implementado através de
corrente constante.
Dada a baixa energia
dos elétrons (1 eV) e seu correspondente comprimento de onda
relativamente grande ( Å), quando comparada ao espaçamento entre átomos em
cristais ( Å), pode-se perguntar o limite de resolução desta
técnica. No entanto, por se tratar de um regime de campo próximo (distância
entre a ponta
), a resolução espacial não é mais limitada por
difração e sim pela geometria da ponta. Para que o limite de um átomo
seja alcançado é, portanto, necessária a utilização de condições de
extrema limpeza, ou seja, ultra-alto vácuo. A ponta em si pode ser
facilmente preparada através de ataque eletroquÃmico [2], geralmente
utilizando-se fios de W ou Ir.
Figure 1.
Principais elementos de um microscópio de tunelamento:
(1) elemento piezoelétrico para varredura, (2) ponta afilada por ataque
eletroquÃmico, (3) superfÃcie a ser investigada, (4) eletrodos
metálicos depositados no material piezoelétrico, (5) imagem gerada em
computador, e (6) unidade de controle.
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