stringtranslate.com

Microscopía térmica de barrido

Imágenes esquemáticas y SEM de una punta SThM convencional basada en un termopar Au–Cr . [1]
SThM utilizando el centro NV en diamante.
(a) Esquemas de configuración experimental. Se aplica una corriente eléctrica a los brazos de un voladizo de AFM ( Si dopado con fósforo , P:Si) y calienta la sección del extremo por encima de la punta ( Si intrínseco , i -Si). La lente inferior excita un nanocristal de diamante con una luz láser verde y recoge fotoluminiscencia (PL). El cristal alberga un centro NV y está unido a la punta del AFM. Un cable en la superficie de la muestra sirve como fuente de microondas (mw). La temperatura del voladizo T h se determina a partir de la corriente y el voltaje aplicados. (b) Espectros de resonancia magnética detectados ópticamente del centro NV a tres temperaturas. (c) Imagen de conductividad térmica de una letra E de oro en zafiro . Los círculos blancos indican características que no se correlacionan con la topografía del AFM. (d) Imagen PL del extremo y la punta del voladizo del AFM donde el nanocristal de diamante aparece como el punto brillante. (e) Imagen PL ampliada del centro NV en d. [2]

La microscopía térmica de barrido ( SThM ) es un tipo de microscopía de sonda de barrido que mapea la temperatura local y la conductividad térmica de una interfaz. La sonda en un microscopio térmico de barrido es sensible a las temperaturas locales, lo que proporciona un termómetro a escala nanométrica. Las mediciones térmicas a escala nanométrica son de interés tanto científico como industrial. La técnica fue inventada por Clayton C. Williams y H. Kumar Wickramasinghe en 1986. [3]

Aplicaciones

SThM permite realizar mediciones térmicas a escala nanométrica. Estas mediciones pueden incluir: temperatura, propiedades térmicas de los materiales, conductividad térmica , capacidad calorífica , temperatura de transición vítrea , calor latente , entalpía , etc. Las aplicaciones incluyen:

Técnica

La SThM requiere el uso de sondas especializadas. Existen dos tipos de sondas térmicas: sondas de termopar, en las que la temperatura de la sonda se controla mediante una unión de termopar en la punta de la sonda, y sondas resistivas o de bolómetro, en las que la temperatura de la sonda se controla mediante una resistencia de película fina en la punta de la sonda. Estas sondas generalmente están hechas de películas dieléctricas finas sobre un sustrato de silicio y utilizan un bolómetro de película de metal o semiconductor para detectar la temperatura de la punta. También se han informado otros enfoques que utilizan métodos de micromaquinado más complejos. [20] En una sonda de bolómetro, la resistencia se utiliza como calentador local y el cambio fraccional en la resistencia de la sonda se utiliza para detectar la temperatura o la conductancia térmica de la muestra. [15] Cuando la punta se coloca en contacto con la muestra, el calor fluye desde la punta hasta la muestra. A medida que se escanea la sonda, cambia la cantidad de flujo de calor. Al monitorear el flujo de calor, se puede crear un mapa térmico de la muestra, que revela variaciones espaciales en la conductividad térmica de una muestra. A través de un proceso de calibración, la SThM puede revelar los valores cuantitativos de la conductividad térmica. [21] Alternativamente, la muestra puede calentarse activamente, por ejemplo con un circuito eléctrico, para visualizar la distribución de temperaturas en la muestra.

La transferencia de calor de la punta a la muestra puede incluir

Referencias

  1. ^ Cui, Longji; Jeong, Wonho; Fernández-Hurtado, Víctor; Feist, Johannes; García-Vidal, Francisco J.; Cuevas, Juan Carlos; Meyhofer, Edgar; Reddy, Pramod (2017). "Estudio de la transferencia de calor radiativo en huecos de tamaño nanométrico y de Ångström". Nature Communications . 8 . Bibcode :2017NatCo...8.....C. doi :10.1038/ncomms14479. PMC  5330859 . PMID  28198467.
  2. ^ Laraoui, Abdelghani; Aycock-Rizzo, Halley; Gao, Yang; Lu, Xi; Riedo, Elisa; Meriles, Carlos A. (2015). "Obtención de imágenes de conductividad térmica con resolución a escala nanométrica utilizando una sonda de espín de barrido". Nature Communications . 6 : 8954. arXiv : 1511.06916 . Bibcode :2015NatCo...6.8954L. doi :10.1038/ncomms9954. PMC 4673876 . PMID  26584676. 
  3. ^ Williams, CC y Wickramasinghe, HK (1986). "Perfilador térmico de barrido". Appl. Phys. Lett . 49 (23): 1587–1589. Código Bibliográfico :1986ApPhL..49.1587W. doi :10.1063/1.97288.{{cite journal}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  4. ^ ab Li, MH., Gianchandani, YB (2003). "Aplicaciones de una sonda de bolómetro con mango de poliimida de baja fuerza de contacto para diagnósticos químicos y biológicos". Sensores y actuadores A: Física . 104 (3): 236–245. doi :10.1016/S0924-4247(03)00026-8.{{cite journal}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  5. ^ ab Li, MH.; et al. (2001). "Sondas de termopar de barrido de poliimida micromaquinadas de superficie". Journal of Microelectromechanical Systems . 10 : 3–9. doi :10.1109/84.911085.
  6. ^ Ocola, LE; et al. (1996). "Formación de imágenes latentes: topografía a nanoescala y mediciones calorimétricas en resinas químicamente amplificadas". Journal of Vacuum Science and Technology B . 14 (6): 3974–3979. Bibcode :1996JVSTB..14.3974O. doi :10.1116/1.588626.
  7. ^ Basu, AS; et al. (2004). "Litografía térmica de barrido: modelado termoquímico submicrónico sin máscara de fotorresistencia mediante sondas ultraflexibles". Journal of Vacuum Science and Technology B . 22 (6): 3217–3220. Bibcode :2004JVSTB..22.3217B. doi :10.1116/1.1808732. S2CID  15455318.
  8. ^ ab Hammiche, A.; et al. (1996). "Imágenes del subsuelo mediante microscopía térmica de barrido". Meas. Sci. Technol . 7 (2): 142. Bibcode :1996MeScT...7..142H. doi :10.1088/0957-0233/7/2/004. S2CID  250787874.
  9. ^ Luo, K.; et al. (1996). "Nanofabricación de sensores en puntas de sonda en voladizo para microscopía de barrido multisonda". Appl. Phys. Lett . 68 (3): 325–327. Bibcode :1996ApPhL..68..325L. doi :10.1063/1.116074.
  10. ^ Lai, J.; et al. (1995). "Detección térmica de fallas de dispositivos mediante microscopía de fuerza atómica". IEEE Electron Device Letters . 16 (7): 312–315. Bibcode :1995IEDL...16..312L. doi :10.1109/55.388718. S2CID  42233076.
  11. ^ Lee, JH., Gianchandani, YB Review of Scientific Instruments (2004). "Sonda térmica de barrido de alta resolución con circuito de interfaz servocontrolado para microcalorimetría y otras aplicaciones" (PDF) . Review of Scientific Instruments . 75 (5): 1222–1227. Bibcode :2004RScI...75.1222L. doi :10.1063/1.1711153. hdl : 2027.42/69814 .{{cite journal}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  12. ^ Hammiche, A.; et al. (1999). "Espectroscopia FT-IR fototérmica: un paso hacia la microscopía FT-IR con una resolución mejor que el límite de difracción". Applied Spectroscopy . 53 (7): 810–815. Bibcode :1999ApSpe..53..810H. doi :10.1366/0003702991947379. S2CID  93359289.
  13. ^ Vettiger, P.; et al. (2000). "El "milpiés": más de mil consejos para el futuro almacenamiento de AFM". IBM J. Res. Dev . 44 (3): 323–340. doi :10.1147/rd.443.0323.
  14. ^ Lerchner, J.; et al. (2000). "Detección calorimétrica de compuestos orgánicos volátiles". Sensores y actuadores B: Química . 70 (1–3): 57–66. doi :10.1016/S0925-4005(00)00554-2.
  15. ^ ab Lee, JH. et al. Taller internacional sobre investigaciones térmicas de circuitos integrados y sistemas (THERMINIC 2002), Madrid, España, octubre de 2002, págs. 111–116.
  16. ^ Hendarto, E.; et al. (2005). Actas del 43.° Simposio anual internacional sobre física de la confiabilidad del IEEE : 294–299
  17. ^ J.Wu, M.Reading, DQM Craig (2008). "Aplicación de calorimetría, microscopía de fuerza atómica subambiente y análisis mecánico dinámico al estudio de soluciones acuosas congeladas de trehalosa". Pharmaceutical Research . 25 (6): 1396–1404. doi :10.1007/s11095-007-9530-y. PMID  18256792. S2CID  9471815.{{cite journal}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  18. ^ R. Meckenstock; I. Barsukov; C. Bircan; A. Remhoff; D. Dietzel; D. Spoddig (2006). "Obtención de imágenes de excitaciones de resonancia ferromagnética en nanoestructuras de Permalloy sobre Si mediante microscopía térmica de barrido de campo cercano". J. Appl. Phys . 99 (8): 08C706. Código Bibliográfico :2006JAP....99hC706M. doi :10.1063/1.2171929.
  19. ^ Majumdar A. Microscopía térmica de barrido. Annu. Rev. Mater. Sci. (1999). "Microscopía térmica de barrido". Revisión anual de la ciencia de los materiales . 29 : 505. Código bibliográfico : 1999AnRMS..29..505M. doi : 10.1146/annurev.matsci.29.1.505. S2CID  98802503.
  20. ^ Gianchandani Y., Najafi, K. (1997). "Un perfilador térmico de barrido micromaquinado de silicio con elementos integrados para detección y actuación". IEEE Transactions on Electron Devices . 44 (11): 1857–1868. Bibcode :1997ITED...44.1857G. doi :10.1109/16.641353.{{cite journal}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  21. ^ Nasr Esfahani, Ehsan; Ma, Feiyue; Wang, Shanyu; Ou, Yun; Yang, Jihui; Li, Jiangyu (2017). "Mapeo cuantitativo a nanoescala de conductividades térmicas trifásicas en skutteruditas rellenas mediante microscopía térmica de barrido". National Science Review . 5 : 59–69. arXiv : 1702.01895 . Código Bibliográfico :2017arXiv170201895N. doi :10.1093/nsr/nwx074.

Enlaces externos

Wikimedia Commons alberga una categoría multimedia sobre Microscopía térmica de barrido .