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[[Ficheiro:Microscopio de fuerza atomica esquema v2.svg|miniatura|250px|Diagrama dun microscopio de forza atómica.]]
O '''microscopio de forza atómica''' ('''AFM''', nas súas siglas en inglés, de '''''A'''tomic '''F'''orce '''M'''icroscope'') é un instrumento mecano-óptico con capacidade para detectar forzas da orde dos [[newton (unidade)|nanonewtons]]. Ao escanear unha mostra, este microscopio pode rexistrar continuamente a súa [[topografía]] por medio dunha sonda de punta afiada de forma piramidal ou cónica. A sonda vai acoplada a unha panca microscópica moi flexible de só uns 200 [[Micrómetro|µm]]. O microscopio de forza atómica foi esencial para o desenvolvemento da [[nanotecnoloxía]], para a caracterización e visualización de mostras a dimensións nanométricas (10<sup>-9</sup> m = 1 nm).
 
O AFM é un tipo de microscopía de varrido por sondaxe (SPM: Scanning probing microscopy), que inclúe tamén ao STM ([[microscopio de efecto túnel]]). O STM permite visualizar rexións de alta ou baixa densidade electrónica superficial, e de aí inferir a posición de átomos individuais ou moléculas na superficie dunha rede.<ref>http://www.icmm.csic.es/fis/espa/afm.html</ref> A microscopia de varrido por sondaxe utilízase en áreas da ciencia que van desde a bioloxía ata a física do estado sólido.
 
== Historia ==
[[Gerd Binnig]] e [[Heinrich Rohrer]] foron galardoados co [[Premio Nobel de Física]] de 1986 polo seu traballo en microscopia de varrido de túnel. Binnig e Rohrer foron recoñecidos polo desenvolvemento da poderosa técnica de microscopia que pode formar unha imaxe de cada un dos átomos sobre unha superficie de metal ou de semicondutores por medio do escaneo realizado pola punta dunha agulla sobre a superficie a unha altitude de só uns poucos diámetros atómicos. Compartiron o premio co científico alemán [[Ernst Ruska]], o deseñador do primeiro [[microscopio electrónico]].<ref>[http://inventors.about.com/library/inventors/blstm.htm]</ref>
 
Recientemente (4 de junio deEn 2007) un equipo liderado por elpolo ConsejoConsello Superior de InvestigacionesInvestigacións Científicas ([[CSIC]]) haespañol perfeccionadoperfeccionou laa técnica empleadaempregada por lospolos microscopios atómicos. LaA nuevanova técnica, denominada [[Phase Imaging AFM]], está basadabaseada en lana microscopía de fuerzas, ye permite realizar medidas tanto en aire comocoma en medios líquidos oou fisiológicosfisiolóxicos. ElO desarrollo dedesenvolvemento estadesta técnica podríapodería tenerter aplicacionesaplicacións en áreas diferenciadas, como laa biomedicina, laa nanotecnologíananotecnoloxía, laa ciencia de materialesmateriais oou estudiosestudos medioambientalesmedioambientais.
== Principales restricciones y observaciones en su uso ==
 
* Algunas superficies parecen demasiado lisas al STM, la altura aparente o corrugación es de 1/100 a 1/10 diámetros atómicos.
* Entonces, para resolver átomos individuales la distancia entre punta y muestra debe mantenerse constante a menos de 1/100 de diámetro atómico o hasta 0.002 nm., por ello el STM debe aislarse de las vibraciones.
* Debe tomarse en cuenta que el resultado es una visualización que permite conocer características de la muestra.
* No es una fotografía de los átomos en la superficie. Los átomos parecen tener superficies sólidas en las imágenes de STM, pero en realidad no las tienen.
* Sabemos que el núcleo de un átomo está rodeado de electrones en constante movimiento. Lo que parece una superficie sólida es en realidad una imagen de un conjunto de electrones.
* Las imágenes también dependen de ciertos mecanismos de interacción punta-muestra que no se entienden bien hasta la fecha.
* Aun cuando no necesita alto vacío para su operación, es deseable para eliminar contaminación y además una cámara de vacío aísla de vibraciones externas.
 
Recientemente (4 de junio de 2007) un equipo liderado por el Consejo Superior de Investigaciones Científicas ([[CSIC]]) ha perfeccionado la técnica empleada por los microscopios atómicos. La nueva técnica, denominada [[Phase Imaging AFM]], está basada en la microscopía de fuerzas, y permite realizar medidas tanto en aire como en medios líquidos o fisiológicos. El desarrollo de esta técnica podría tener aplicaciones en áreas diferenciadas, como la biomedicina, la nanotecnología, la ciencia de materiales o estudios medioambientales.
 
== Instrumentación ==
[[ArchivoFicheiro:AFMsetup.jpg|thumbminiatura|leftesquerda|Diagrama de undun microscopio de fuerzaforza atómica.]]
LosOs componentescompoñentes de undun AFM son:
* [[Diodo]] [[láser]]: FuerzaForza normal, F''n''=A+B-(C+D), ye Fuerza lateral, F''l''=A+C-(B+D).
* Micropanca
* Micropalanca
* [[Fotodiodo]]
* Tubo piezoeléctrico
 
=== MicropalancasMicropancas ===
 
[[ArchivoFicheiro:micropalancaAFM.svg|thumbminiatura|250px|MicropalancaMicropanca.]]
 
HistóricamenteHistoricamente lasas primerasprimeiras palancaspancas teníantiñan un tamaño de varios mm ye solíanadoitaban fabricarse conde metal, por ejemploexemplo a partir dedun un hilofío de [[Wolframio|tungstenovolframio]] con uncun extremo afiladoafiado ye dobladodobrado en ángulo recto para producirformar laa punta. MásMáis tarde se hizofoi necesario, para mejorarmellorar laa velocidadvelocidade de barridovarrido sinsen perder resolución, que lasas palancaspancas tuvierantiveran masas cada vez menores ye simultáneamentesimultaneamente frecuencias de [[resonancia]] mayoresmaiores. LaA solución a este problema seatopouse halló en lana [[microfabricación]] de lasdas palancaspancas.
 
LasAs micropalancasmicropancas seprodúcense producenna enactualidade la actualidad empleandoempregando métodos de microfabricación heredadosherdados inicialmente de lada industria microelectrónica, como [[litografía]] de superficie ye grabadosgravados reactivos de plasma de ionesións (RIE ye DRIE, siglas en inglés de ''Reactive Ion Etching'' ye ''Deep Reactive Ion Etching''). LasAs '''puntas''' suelenadoitan fabricarse a partir de deposicionesdeposicións de vapor de algúndalgún material idóneoaxeitado sobre laa palancapanca yaxa fabricada, ene cuyonese caso elo resultado sueleadoita ser unaunha punta cónica oou másmáis comúnmentecomunmente, cuandocando elo [[silicio]] esfoi elo material de elecciónelixido, recurriendorecorrendo a técnicas de [[grabadogravado anisótropo]]. ElO grabado anisótropo involucraimplica elo uso de unadunha solución grabadoragravadora que excavaescava elo material sólo oou preferentemente en ciertascertas [[Redes de Bravais|direccionesdireccións cristalográficas]]. De estaDesta maneramaneira, esé posible producir puntas piramidalespiramidais limitadas por planos cristalográficos deldo material.
 
LaA fuerzaforza deda lamicropanca micropalanca vienevén dada por elpolo fabricante ye se determina pordetermínase lapola [[leylei de Hooke]]. En esteNeste caso, laa leylei de Hooke se representa porrepreséntase lapola ecuación deldo resorte, dondeonde se relaciona laa fuerzaforza ''F'' ejercidaexercida por elpolo resorte con lacoa distancia adicional ''x'' producida por alargamientoalongamento, deldo siguienteseguinte modo:
 
:<math>F = -k\Delta x \, </math>, siendoonde <math> k = \frac{AE}{L}</math>
 
ElO [[ruidoruído de Johnson-Nyquist]], tambiéntamén conocidocoñecido como ruidoruído térmico, esé un factor importante en lana calibración de lada micropalancamicropanca, puesporque está aá susúa frecuencia de resonancia por lapola temperatura.
 
=== Sensores de flexión ===
 
Existen actualmente distintos sistemas para medir laa flexión delda listónpanca. ElO másmáis común en instrumentos comercialescomerciais esé elo llamadochamado '''óptica''', enneste éste laa flexión delda listón sepanca registrarexístrase mediante un hazfeixe láser que se reflejareflicte en lana parte posterior deda la micropalancamicropanca para luegologo alcanzaracadar un fotodetector. A este efecto, laa mayormaior parte dedas las micropalancas (listones)micropancas de AFM se fabricanfabrícanse actualmente con unacunha capa de oro deouro unasdunhas decenas de nm de espesorgrosor enna susúa parte posterior para optimizar sua súa reflectancia alao hazfeixe deldo láser. SinPorén, embargohistoricamente históricamente elo primerprimeiro sistema de detección usado fuefoi un microscopio de STM ([[efecto túnel]]). En esteNeste sistema unaunha punta de STM era ajustadaaxustada alá listónpanca, siendoe laa flexión dedesta esteera medida apor travésmedio de lada variación en lana '''corrientecorrente de túnel''', yaxa que dichadita corrientecorrente esé sensible a cambios subnanométricos en lana distancia entre punta de STM ye listónpanca. LaA razón de que se pensara inicialmente en esteneste sistema esé que enna susúa origenorixe elo microscopio de AFM se concibióconcibiu como unha modificación del microscopio dedo STM para ser usadousalo con muestrasmostras eléctricamenteelectricamente aislantesillantes, yaxa que elo microscopio de efecto túnel (STM) sólo funciona con conductorescondutores. Posteriormente, se pasópasouse a sustituirsubstituír este sistema de detección por un interferómetro ye finalmente seintroduciuse introdujo laa palancapanca óptica. MásMáis recientementerecentemente se han incorporadoincorporáronse nuevosnovos métodos de detección basadosbaseados en piezorresistividadpiezorresistividade oou en medidas de capacitancia. SinCon embargotodo, ninguno deningún estosdestes métodos "electrónicos" alcanzaacada losos nivelesniveis de resolución tanto espacial comocoma temporal de lada palancapanca óptica.
 
Por otraoutra parte, laa palancapanca óptica presenta un problema de calibración que afecta especialmente a lasás medidas de fuerzaforza. Este sedébese debeá a la necesidadnecesidade que se da en lasnas medidas de fuerzaforza de registrarrexistrar de forma precisa laa flexión deda lapanca palancano en suseu extremo libre. Ya queComo elo fotodiodo solamentesoamente registrarexistra elo desplazamientodesprazamento deldo punto de laserláser sobre sua súa superficie, es necesariocómpre calibrar este desplazamiento condesprazamiento unacunha flexión real de lada palancapanca para poder obtenerobter medidas de flexión. Este procedimientoprocedemento conocidocoñecido como calibración deda lasensibilidade sensibilidad se llevalévase a cabo imprimiendoimprimindo unaunha flexión conocidacoñecida alao extremo de lada micropalancamicropanca mientrasmentres simultáneamentesimultaneamente se registrarexistra lao señalsinal deldo fotodiodo. LaA forma másmáis común de obtenerobter unaunha flexión conocidacoñecida esé presionar verticalmente elo extremo deda la palancapanca contra unaunha superficie rígidaríxida, asegurando así que elo desplazamientodesprazamento vertical de lada palancapanca equivale a flexión enno suseu extremo.
 
LosOs métodos interferométricos oou de efecto túnel nonon requierenrequiren de estedeste procedimientoprocedrmento.
 
=== Punta ===
[[ArchivoFicheiro:AFM (used) cantilever in Scanning Electron Microscope, magnification 3000x.GIF|thumbminiatura|leftesquerda|Ampliación a 3000x dedunha una palancapanca usada de AFM.]]
Unos de los aspectos más importantes en la resolución de las imágenes obtenidas por AFM es la agudeza de la punta. Las primeras utilizadas por los precursores del AFM consistieron en pegar el diamante sobre pedazos de papel de aluminio. Las mejores puntas con radio de curvatura se encuentran alrededor de los 5nm.
 
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