La microscopía de emisión de campo ( FEM ) es una técnica analítica que se utiliza en la ciencia de los materiales para estudiar las superficies de los ápices de las agujas. [1] [2] El FEM fue inventado por Erwin Wilhelm Müller en 1936, [3] y fue uno de los primeros instrumentos de análisis de superficies que podía acercarse a una resolución casi atómica .
Se utilizan técnicas de microscopía para generar imágenes ampliadas en el espacio real de la superficie del ápice de una punta. Normalmente, la información de microscopía se refiere a la cristalografía de la superficie (es decir, cómo se disponen los átomos en la superficie) y a la morfología de la superficie (es decir, la forma y el tamaño de las características topográficas que forman la superficie).
La microscopía de emisión de campo (FEM) fue inventada por Erwin Müller en 1936. [3] En FEM, se utilizó el fenómeno de emisión de electrones de campo para obtener una imagen en el detector basada en la diferencia en la función de trabajo de los diversos planos cristalográficos en la superficie.
Un microscopio de emisión de campo consta de una muestra metálica con forma de punta afilada y una pantalla fluorescente encerrada dentro de una cámara de ultra alto vacío. Normalmente, el radio de la punta utilizada en este microscopio es del orden de 100 nm y está hecha de un metal con un alto punto de fusión , como el tungsteno . [4] La muestra se mantiene a un gran potencial negativo (1–10 kV) en relación con la pantalla fluorescente, que genera un campo eléctrico cerca del ápice de la punta de 2-7 x 10 9 V/m. Este campo eléctrico impulsa la emisión de campo de electrones.
Los electrones emitidos por el campo viajan a lo largo de las líneas de campo y producen parches brillantes y oscuros en la pantalla fluorescente, que exhiben una correspondencia uno a uno con los planos cristalinos del emisor hemisférico. La corriente de emisión varía fuertemente con la función de trabajo local , siguiendo la ecuación de Fowler-Nordheim . Por lo tanto, la imagen FEM refleja el mapa de función de trabajo proyectado de la superficie del emisor. Generalmente, las superficies atómicamente rugosas tienen funciones de trabajo más bajas que las superficies muy compactas, lo que da como resultado áreas brillantes en la imagen. En resumen, las variaciones de intensidad de la pantalla corresponden al mapa de función de trabajo de la superficie del ápice de la punta.
El aumento se da por la relación , donde es el radio del ápice de la punta, y es la distancia de la punta a la pantalla. Se obtienen aumentos lineales del orden de 10 5 . La técnica FEM tiene una resolución espacial de alrededor de 1 - 2 nm. [2] No obstante, si se coloca una partícula con un tamaño de 1 nm en el ápice de la punta, el aumento puede aumentar en un factor de 20, y la resolución espacial se mejora a aproximadamente 0,3 nm. [5] Esta situación se puede lograr utilizando emisores de electrones de una sola molécula, [6] y es posible observar orbitales moleculares en moléculas de fulerenos individuales utilizando FEM. [7]
La aplicación del método de elementos finitos está limitada por los materiales que se pueden fabricar con forma de punta afilada y que pueden tolerar campos electrostáticos elevados. Por estas razones, los metales refractarios con altas temperaturas de fusión (por ejemplo, W, Mo, Pt, Ir) son objetos convencionales para experimentos de FEM. Además, el método de elementos finitos también se ha utilizado para estudiar los procesos de adsorción y difusión superficial , haciendo uso del cambio de la función de trabajo asociado con el proceso de adsorción.
