Assignatura: MICROSCOPIES DE PROXIMITAT I NANOMANIPULACIÓ

Quadrimestre: Primavera

Crèdits: 2.5 crèdits (1.3 teoria+1.2 pràctiques)

Responsables: Gabriel Gomila, Manel Puig, Departament d'Electrònica, Facultat de Física, Universitat de Barcelona

OBJECTIUS

El present curs té per objectiu proporcionar una descripció de les microscopies de proximitat (microscopia de forces atòmiques, microscopia túnel i microsocopia òptica de camp proper) i la seva utilització en la caracterització i manipulació de superfícies a la nanoescala.

PROGRAMA

I. INTRODUCCIÓ A LES MICROSCOPIES DE PROXIMITAT

Limitacions de la microscopia òptica. Desenvolupament històric de les microscopies de proximitat. Tipus de microscopies de proximitat. Condicions ambientals pel treball amb microscopies de proximitat. Introducció als piezoelèctrics. Escaneig. Realimentació.

II. MICROSCOPIA D'EFECTE TÚNEL (STM)

Efecte túnel. El Microscopi d'Efecte Túnel. Modes d'obtenció d'imatges: corrent constant i alçada constant. Interpretació de les imatges de STM. Límits de resolució i artefactes. Modes de caracterització espectroscòpics: espectroscòpia corrent-tensió.

II. MICROSCOPIA DE FORCES ATÒMIQUES (AFM)

Forces atòmiques. El Microscopi de Forces Atòmiques. Principals modes d'obtenció d'imatges: contacte, dinàmic, no-contacte. Interpretació de les imatges d'AFM: imtages topogràfiques, de deflexió, de fricció, de fase, etc. Límits de resolució i artefactes. Modes de caracterització amb AFM: forces electrostàtiques i magnètiques, potencial de superfície, conductivitat elèctrica, capacitat elèctrica, etc. Principals modes de caracterització espectroscòpics: espectroscòpia de forces, espectroscòpia corrent-tensió.

III. MICROSCOPIA ÓPTICA DE CAMP PROPER (SNOM)

Òptica de camp proper. El Microscopi Òptic de Camp Proper. Interpretació de les imatges de SNOM. Límits de resolució i artefactes.

IV. NANOMANIPULACIÓ

Nanoposicionament i nanomanipulació. Nanomanipulació d'àtoms mitjançant STM. Nanomanipulació de nanopartícules mitjançant AFM. Interfície humana per a la nanomanipulació: l'haptic. Estacions de nanomanipulació. Entorns virtuals per a la nanomanipulació.

CONTINGUTS PRÀCTICS

1. Demostració del funcionament del microscopi d'efecte túnel.
2. Introducció a la utilització del microscopi de forces atòmiques.
3. Demostració del funcionament del microscopi òptic de camp proper.
4. Experiment de nanomanipulació amb el microscopi de forces atòmiques.

MÈTODE D'AVALUACIÓ

Examen escrit (50%) i informes de treballs pràctics (50%).

BIBLIOGRAFIA

Dawn A. Bonnel (ed.), Scanning probe microscopy and spectroscopy: theory, techniques, and applications, (New York : Wiley-VCH, cop. 2001).

Chen, C. Julian, Introduction to scanning tunnelling microscopy, (New York, Oxford University Press, 1993).

K. S. Birdi, Scanning Probe Microscopes: Applications in Science and Technology (CRC Press, 2003).

http://www.control.hut.fi/Research/nanorobotics/index.html

S. Fatikow and U. Rembold: Microsystem Technology and Microrobotics, Springer-Verlag, Berlin Heidelberg New York, 1997

http://www.thorlabs.com/

http://www.physikinstrumente.com/

H.Z. Tan, L. Walker, R. Reifenberger, S. Mahadoo, G. Chiu, A. Raman, A. Helser, P. Colilla, "A Haptic Interface for Human-in-the-Loop Manipulation at the Nanoscale", Proc of the IEEE 1st Eurohaptics Conf. 2005.

M. Sitti, “Micro- and Nano-Scale Robotics”. Proc. Of the American Control Conf. 2004. 1-8.

T. Sievers, S. Fatikow, “Visual Servoing of a Mobile Microrobot inside a Scanning Electron Microscope”. IEEE Conf. on Intelligent Robots and Systems, IROS 2005. 1682-1686.