Desarrollo de un microscopio de fuerzas atómicas de no contacto en ultra-alto vacío y baja

168 Pages·2015·6.08 MB·Spanish

Desarrollo de un microscopio de
fuerzas atómicas de no contacto en
ultra-alto vacío y baja temperatura:
aplicación a superficies de
grafeno/Pt(111).
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UNIVERSIDAD AÚTONOMA DE MADRID
Departamento de Física de la Materia Condensada

Tesis presentada para optar al Grado de Doctor en Ciencias Físicas

Directores de Tesis
Dr. José María Gómez Rodríguez
Dra. Nicoleta Nicoara

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El gerundio del verbo conseguir es insistiendo.
A mi madre y mi hermano.

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Índice general de la Tesis

Índice general de la Tesis ................................................................................................................................... - 9 -
Introducción. .................................................................................................................................................. - 13 -
1. Fundamentos y métodos de la microscopía de fuerzas atómicas en ultra-alto vacío. ... - 17 -
1.1 Introducción. ......................................................................................................................................... - 17 -
1.2 Modos dinámicos del microscopio de fuerzas atómicas. ..................................................... - 18 -
1.3 Microscopio de fuerzas atómicas en ultra-alto vacío: modulación de frecuencia y
desplazamiento de frecuencias. ............................................................................................................ - 18 -
1.3.1 Esquema del montaje experimental para FM. ................................................................. - 19 -
1.3.2 Relación entre el desplazamiento de frecuencia y las interacciones entre
punta y muestra en FM. ....................................................................................................................... - 21 -
1.4 Corriente túnel en modo dinámico. ............................................................................................. - 33 -
1.5 Métodos experimentales del FM-AFM en UHV. ....................................................................... - 35 -
1.5.1 Obtención de la frecuencia de resonancia y el factor de calidad. ............................. - 36 -
1.5.2 Cálculo de la constante de fuerzas de la micropalanca. ............................................... - 37 -
1.5.3 Cálculo de la amplitud de oscilación. .................................................................................. - 38 -
1.5.4 Detección de la dinámica de la micropalanca. ................................................................. - 40 -
1.6 Bibliografía ............................................................................................................................................ - 43 -
2. Desarrollo de un microscopio de fuerzas atómicas de baja temperatura en ultra-alto
vacío...................................................................................................................................................................... - 47 -
2.1 Introducción. ......................................................................................................................................... - 47 -
2.2 Sistema de ultra-alto vacío. ............................................................................................................. - 49 -
2.2.1 Cámara de preparación. ........................................................................................................... - 51 -
2.2.2 Cámara de LT-ncAFM. ............................................................................................................... - 55 -
2.3 Microscopio de fuerzas atómicas. Unidad de ncAFM. ........................................................... - 60 -
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2.3.1 Estructura fija. ............................................................................................................................. - 62 -
2.3.2 Estructura móvil. ........................................................................................................................ - 64 -
2.3.3 Unidad del ncAFM. ..................................................................................................................... - 65 -
2.3.4 Configuraciones del LT-ncAFM. ............................................................................................ - 77 -
2.4 Prueba de rendimiento. Resolución atómica en Ge(111)-c(2x8). ................................... - 80 -
2.4.1 Microscopía de efecto túnel a temperatura ambiente. ................................................ - 83 -
2.4.2 Microscopía de fuerzas en modo no contacto a temperatura ambiente y baja
temperatura. ........................................................................................................................................... - 85 -
2.4.3 Medidas simultaneas de STM y ncAFM a baja temperatura. ..................................... - 87 -
2.5 Bibliografía ............................................................................................................................................ - 90 -
3. Estudio del contraste a escala atómica con ncAFM en Grafeno/Pt(111) .................................... - 93 -
3.1 Introducción. ........................................................................................................................................ - 94 -
3.2 Grafeno. .................................................................................................................................................. - 96 -
3.3 Sistema grafeno/metal. .................................................................................................................... - 98 -
3.1.1 Grafeno/Pt(111). ........................................................................................................................ - 99 -
3.1.1.1 Crecimiento de Grafeno/Pt(111) ................................................................................... - 100 -
3.3.1.2 Contraste atómico en G/Pt(111) mediante ncAFM ................................................. - 102 -
3.3.1.3 Disipación en G/Pt ............................................................................................................... - 112 -
3.3.1.4 Cálculos con modelo multiescala. ................................................................................... - 116 -
3.4 Conclusiones ....................................................................................................................................... - 123 -
3.5 Bibliografía. ......................................................................................................................................... - 125 -
4. Resolución sub-molecular con ncAFM: ............................................................................................... - 131 -
1,3,5-triacina/G/Pt(111). .................................................................................................................................. - 131 -
4.1 Introducción. ...................................................................................................................................... - 132 -
4.2 Una introducción a la molécula 1,3,5-triacina. ...................................................................... - 134 -
4.3 Contraste en 1,3,5-triacina/G/Pt(111) mediante ncAFM. ................................................ - 138 -
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