Introdução à Nanotecnologia: Microscopia de Ponta de Prova e Tunelamento

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Introdução à 
Nanotecnologia
ELE1060 – Introdução a Nanotecnologia – 2010/01 PUC-Rio
Ele 1060
Aula 7
2010 - 01
Microscopia de Ponta 
de Prova
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de Prova
Microscopia de Força 
Atômica
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AFM
História
• Inventado em 1986.
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Primeiro AFM AFM Comercial
Informações Gerais
• Mede propriedades locais usando uma ponta;
• Interação entre a ponta e a amostra;
– Atração e Repulsão.
• Propriedades medidas
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• Propriedades medidas
– Topografia;
– Fricção da amostra;
– Elasticidade.
http://www.npl.co.uk/science-+-technology/quantum-
phenomena/nanophysics/afm-scan-example
Informações Gerais
• Áreas de Aplicação
–Materiais Orgânicos;
–Macromoléculas biológicas;
– Polímeros;
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– Polímeros;
– Cerâmicos;
– Vidros;
– Semicondutores;
– Outros.
Princípio de Funcionamento
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Princípio de Funcionamento
Resolução
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Princípio de Funcionamento
Cantilevers
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Princípio de Funcionamento
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•Simulação da força de interação entre um átomo da ponta e um
átomo da superfície em função de sua distância obtida através do
uso do potencial de Lennard-Jones
Princípio de Funcionamento
Modo de Contato
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Princípio de Funcionamento
Modo de Não Contato
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Princípio de Funcionamento
Modo de Toque
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Princípio de Funcionamento
Modo de Fricção Lateral
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Princípio de Funcionamento
Elasticidade da Amostra
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Aplicações
Oxidação
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Aplicações
Nano Manipuladores
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Aplicações
•A figura ao lado apresenta uma
imagem da superfície de um
cristal de NaCl. Note o defeito na
rede cristalina. A presença deste
defeito mostra que a resolução
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defeito mostra que a resolução
espacial do AFM operado em
UHV com a detecção da variação
da freqüência é da ordem de um
átomo.
Aplicações
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• Três exemplos de resolução atômica real com o AFM. (a)
apresentamos defeitos na imagem de um cristal de KBr (001) irradiado
com elétrons. (b) visualização de átomos de uma ilha de NaCl sobre
Cu(111).(c) Conjunto de nove porfirinas sobre Cu(111).
Microscopia de 
Tunelamento
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STM
História
• Inventado em 1981.
– Laboratório da IBM em Zurique;
– Prêmio nobel de 1986.
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Informações Gerais
• Mede propriedades locais usando uma ponta;
• Interação entre a ponta e a amostra;
– Tunelamento Eletrônico.
• Ponta e amostra
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• Ponta e amostra
– Condutores
• Principais Aplicações
– Alta resolução de imagens;
– Manipulação atômica;
– Espectroscopia. http://www.npl.co.uk/science-+-technology/quantum-
phenomena/nanophysics/afm-scan-example
Princípio de Funcionamento
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Princípio de Funcionamento
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Princípio de Funcionamento
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Princípio de Funcionamento
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Princípio de Funcionamento
Modo de Corrente Constante
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Princípio de Funcionamento
Modo de Altura Constante
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Princípio de Funcionamento
SP-STM – Magnético
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Princípio de Funcionamento
STM no Ambiente
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Aplicações
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•Resolução atômica no Si (111). Note que átomos nos
degraus entre os planos também podem ser observados.
Manipulação Atômica e Molecular
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Manipulação Atômica e Molecular
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Manipulação Atômica e Molecular
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Manipulação Atômica e Molecular
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Fe em Cu(111) 
Manipulação Atômica e Molecular
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Manipulação Atômica e Molecular
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Seqüência demonstrando o posicionamento individual de moléculas
Manipulação Atômica e Molecular
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Seqüência demonstrando o posicionamento individual de moléculas 
de porphyrina
Manipulação Atômica e Molecular
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Partículas de Au sobre Si
Manipulação Atômica e Molecular
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Manipulação de Nanotubos
Manipulação Atômica e Molecular
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Manipulação Atômica e Molecular
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