Estudio por microscopía de efecto túnel de superficies de grafito y grafeno

Abstract

El Microscopio de Efecto Túnel (Scanning Tunneling Microscope STM) se basa en un fenómeno físico conocido desde los orígenes de la mecánica cuántica, el Efecto Túnel. Desde su invención en 1981 por Binnig y Rohrer, el STM se ha convertido en una herramienta capaz de observar estructuras y características a escala de nanómetros. El STM usa como sonda una punta metálica y trabaja con muestras conductoras o semiconductoras. La presente Tesis tiene como objetivo observar y analizar la superficie de dos alótropos del carbono: Grafito y Grafeno, con un STM en condiciones de alto vacío (Ultra High Vacuum UHV) a temperatura ambiente (Room Temperature RT). Por otro lado, se dan a conocer el principio de funcionamiento del STM, el sistema mecánico que utiliza este microscopio particular y una descripción de los métodos usados para fabricar la sonda. Antes de realizar la manipulación del Microscopio de Efecto Túnel, hemos usado un software de entrenamiento en STM llamado: ‘Simulador STM’, realizado por la empresa NANONIS; este software es de acceso libre y ha sido diseñado para aquellas personas que reciban una formación inicial en el manejo del sistema de control del STM. El simulador usa una muestra estándar de prueba que consiste en la reconstrucción 7x7 del Si (111). Se registraron diferentes imágenes STM sobre la misma zona de escaneo, en la cual se varían los siguientes parámetros (ISetPoint, VBias y vScan). Como primer resultado experimental, se logró obtener la resolución atómica del grafito, presentando una red hexagonal con parámetro de red a  2.51Å (valor teórico: 2.46Å); además reportamos cómo influyen los efectos de histéresis, deriva piezoeléctrica y deriva térmica del tubo escaneador en la imagen STM del grafito, así como el tratamiento de los datos obtenidos mediante el software WSxM 5.0 para la presentación de las imágenes STM. El segundo resultado obtenido consiste en la observación de terrazas lisas y rugosas sobre una superficie de Grafeno crecida sobre un sustrato de Carburo de Silicio SiC (111); en las imágenes STM obtenidas en esta parte, se realizó la medición de separación entre terrazas y se pudo identificar un patrón hexagonal al realizar un zoom en una terraza lisa.