El microscopio de efecto túnel (o STM por su sigla en inglés) es el antecesor de todos los microscopios de barrido con sonda. Lo inventaron en 1981 los investigadores de IBM Gerd Binnig y Heinrich Rohrer. Cinco años después ganaron el premio Nobel en física por su invento. El STM fue capaz de generar imágenes directas de superficies con resolución atómica. Se lograba no solo ver los átomos individuales sino también medir sus propiedades electrónicas, una hazaña para la cual incluso el premio Nobel parece poco.
Anteriormente era posible obtener información sobre estructuras cristalográficas a nivel atómico por ejemplo por difracción de rayos X, pero estas no eran imágenes directas sino patrones de interferencia que debían procesarse matemáticamente mediante Transformadas de Fourier, lo cual no solo era complicado sino que requería estructuras muy regulares y ordenadas tal como cristales.
El microscopio de efecto túnel usa una punta muy fina afilada, conductora de la electricidad con un voltaje aplicado entre la punta y la muestra. Cuando la punta se a cerca a una distancia de aproximadamente diez angstroms, o un nanómetro de la muestra, los electrones de la muestra sufren el efecto túnel y saltan de la muestra a la punta o viceversa, dependiendo del signo del voltaje. La corriente de efecto túnel generada varía de acuerdo a la distancia entre la muestra y la punta, y esta es la señal que se utiliza para crear la imagen. Para que ocurra el efecto túnel tanto la muestra como la punta deben ser conductores o semiconductores. Esto es una limitación, ya que impide tomar imágenes de materiales aislantes.
La corriente del efecto túnel es una función exponencial de la distancia entre la punta y la muestra, y esto le da una gran precisión. Pueden obtenerse resoluciones en la alturas mucho menores que un angstrom, con una resolución lateral a escalas atómicas.
El microscopio puede operar en dos modos diferentes, altura constante o corriente constante. En el modo de altura constante la punta se mueve horizontalmente sobre la muestra y la corriente varia según la topografía y las propiedades electrónicas de la muestra. En el modo a corriente constante se usa un lazo de control que ajusta la altura de la sonda de manera tal que se mantiene la corriente de efecto túnel constante en cada punto a medir.
El método de altura constante tiene la ventaja de que es mas rápido ya que no se tiene que mover el escáner en la dirección vertical, pero como contrapartida solo provee información útil para superficies relativamente lisas. El modo de corriente constante puede medir superficies irregulares con gran precisión, pero la medición lleva más tiempo. En principio puede considerarse aproximadamente que la corriente de efecto túnel suministra una imagen de la topografía de la muestra, en realidad lo que se mide es un mapa de la densidad de estados electrónicos en la superficie.
Duarte C. Ronny J.
CI 17208010
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