Microscópio de campo iónico

El microscopio de iones en campo es una variedad de microscopio que puede ser usado para visualizar la ordenación de los átomos que forman la superficie de la punta afilada de una aguja de metal. Fue la primera técnica con la que se consiguió resolver espacialmente átomos individuales. La técnica fue desarrollada por Erwin Müller. En 1951 se publicaron por primera vez imágenes de estructuras atómicas de tungsteno en la revista Zeitschrift für Physik.

En la FIM, se produce una aguja de metal afilada y se coloca en una cámara de ultra alto vacío, que después se llena con un gas visualizador tal como el helio o el neón. La aguja se enfría hasta alcanzar temperaturas criogénicas (20-100 K). Luego se aplica un voltaje positivo que va de 5.000 a 10.000 voltios sobre la punta. Los átomos de gas absorbidos por la punta se ven ionizados por el fuerte campo eléctrico que existe en las proximidades de ella. La curvatura de la superficie cercana a la punta provoca una magnetización natural; los iones son repelidos bruscamente en dirección perpendicular a la superficie (un efecto de "proyección de punto"). Se coloca un detector de modo que pueda recoger esos iones repelidos; y la imagen formada por todos los iones repelidos puede tener la resolución suficiente como para mostrar átomos individuales en la superficie de la punta.

Al contrario que los microscopios convencionales, donde la resolución espacial se ve limitada por lalongitud de onda de las partículas empleadas en la visualización, el microscopio basado en FIM funciona por proyección y alcanza resoluciones atómicas, con una magnificación aproximada de unos pocos millones de aumentos.

¿Cómo utilizan la diferencia de potencial estos microscopios?

El campo eléctrico y el gradiente de campo eléctrico de los alrededores de la punta son bastante altos, y las moléculas gaseosas residuales que se aproximan a la punta se ionizan por la misma, transfiriendo electrones a la punta, con la consiguiente adquisición de carga positiva.

¿Cómo se aprovecha?

La punta repele los cationes gaseosos, que se mueven hacia afuera, en dirección a una placa fotográfica, en la que impactan y crean manchas. Cada mancha corresponde a un átomo en la punta, por lo que la distribución de puntos en la placa fotográfica representa una imagen muy ampliada.

Los ingenieros del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) en Estados Unidos, están desarrollando y sondeando un nuevo microscopio con la tecnología más reciente para mejorar enormemente la exactitud de medición en la nanoescala. Estas mejoras es un punto fundamental para el establecimiento de normas y la mejora de la producción de semiconductores en la industria y la nanofabricación.

Este nuevo microscopio tecnológicamente avanzado, usa iones de helio para generar la señal utilizada para mostrar imágenes de objetos extremadamente pequeños, una técnica análoga a la del microscopio electrónico de barrido, que se introdujo por primera vez comercialmente en el decenio de 1960. Paradójicamente, a pesar de que los iones de helio son mucho más grandes que los electrones, pueden proporcionar imágenes de mayor resolución con mayor contraste. La profundidad del campo de visión es mucho mejor con esta nueva tecnología. Los iones tienen mayor masa, y la longitud de onda es más corta que los electrones, por lo que se convierte en un aspecto que mejora enormemente las imágenes de carácter tridimensional en la práctica, revelando detalles hasta de un tamaño menor que un nanómetro, es decir, la distancia de tres átomos en un cristal de silicio.

La ventaja más clara de los iones de helio en microscopios es que las imágenes indican el borde de una muestra mejor que la SEM, que es fundamental en la precisión de fabricación.