Luminescência em um Microscópio de Varredura de Tunelamento

A microscopia de varredura de tunelamento é uma técnica de microscopia baseada no efeito túnel. Nessa técnica uma ponta atomicamente afiada é aproximada de uma amostra sólida e pela aplicação de uma diferença de potencial entre a amostra e a ponta é gerada uma corrente de tunelamento entre ambas. Movendo-se a ponta sobre a superfície da amostra e mantendo a corrente de tunelamento constante é possível determinar a topografia da amostra com resolução atômica.

O movimento da ponta é realizado variando-se a tensão aplicada em cristais piezoelétricos que são montados, por exemplo, na base da amostra, como mostra a figura. 4 cristais fazem os movimentos laterais (plano XY da amostra) e um quinto cristal piezoelétrico faz o movimento vertical. Nessa ilustração a ponta permanece fixa e a amostra é movimentada.

As imagens podem ser obtidas variando-se a altura da amostra (lembrado que a ponta é fixa) para manter a distância entre o ápice da ponta e a superfície da amostra constante. Assim, o movimento da amostra poderá ser utilizado para reconstruir a topografia da superfície. Dependendo das condições, é possível se obter até imagens de resolução atômica.

Além disso, ajustando a tensão entre a ponta e a amostra, é possível injetar portadores de carga e gerar luminescência local. Ao se recuperar a luz emitida, é possível estudar o espectro de luminescência local de amostras complexas.

Na figura ao lado uma lente é aproximada da região entre a ponta e a amostra. Essa lente pode coletar a luz emitida pela amostra e, através de uma ótica de transferência, injetar a luz em um espectrômetro. Assim é possível mapear a emissão de luz pela amostra com resolução nanométrica. Ao mesmo tempo, é possível coletar espectros com resolução espectral melhor que 1 nm no visível.

Essa área de pesquisa será desenvolvida em Instituto de Física da Unicamp. Recentemente, um projeto foi aprovado para o desenvolvimento dessas atividades. Mais informações serão disponibilizadas em breve. Veja mais informações sobre o projeto no site da FAPESP seguindo este link.

Foto do Microscópio de Varredura de Tunelamento (STM) que opera em ultra alto vácuo (UHV) e em baixas temperaturas (LT), atingindo abaixo de 12 K.

Fotos o microscópio dentro do duplo escudo que faz a isolação térmica. Do lado direito está um suporte com várias amostras e do lado esquerdo um suporte com várias pontas.

Imagem da reconstrução 7×7 da superfície de silício 111, observada a baixa temperatura. As regiões escuras tem relevo mais baixo que as mais claras. Cada região redonda em tom claro corresponde a um átomo individual.