Resumen de Microscopía de fuerzas atómicas avanzada aplicada a sistemas de baja dimensionalidad
Esta tesis trata principalmente sobre el empleo y desarrollo de la microscopía de fuerzas atómicas -conocida habitualmente por sus siglas en inglés AFM (Atomic Force Microscopy)- y técnicas afines para el estudio de diversos sistemas de baja dimensionalidad, que son aquellos que tienen al menos una de sus dimensiones en la escala nanométrica.
La multidisciplinariedad de la Nanotecnología junto con mi experiencia previa con el AFM, adquirida durante mi etapa en la empresa Nanotec Electrónica S.L., despertaron mi curiosidad y me proporcionaron un gran interés por la aplicación de esta técnica en diversos campos, así como por el desarrollo de la técnica en sí misma. Esto queda reflejado en la heterogeneidad de temas tocados en el transcurso de esta tesis, aunque con un marcado interés en el estudio de las propiedades electrónicas de sistemas uni- y bidimensionales. La adecuada combinación de estos sistemas, junto con la posibilidad de controlar y modificar en la nanoescala las propiedades de los mismos, serán la base de los dispositivos electrónicos del futuro. En ese sentido, en esta tesis por una parte se ha estudiado el comportamiento de distintos sistemas unidimensionales para su utilización como futuros cables en nanodispositivos, a la vez que se han estudiado materiales bidimensionales con posibles aplicaciones en la fabricación de dichos nanodispositivos.
El capítulo 1 de esta memoria es una introducción al microscopio de fuerzas atómicas, herramienta principal utilizada.
El capítulo 2 muestra una serie de desarrollos instrumentales realizados: por una parte el diseño, fabricación y puesta a punto de una mecánica nueva de AFM que permite su combinación con técnicas ópticas, como la fluorescencia por reflexión total interna. Y por otra parte el diseño, construcción y puesta en funcionamiento de una estación de puntas (probe station en inglés) con posibilidad de trabajar en alto vacío y con un rango de temperaturas comprendido entre 80 y 400 K, para la caracterización eléctrica de materiales desde la micro- a la nanoescala. Si bien por limitaciones de tiempo no se han podido realizar experimentos extensos con estos sistemas, estoy seguro que serán muy utilizados en lo sucesivo.
El capítulo 3 presenta una serie de desarrollos metodológicos de la técnica del AFM, que incluyen, por una parte, la optimización de diferentes modos de medida en medio líquido para la obtención de alta resolución en muestras biológicas tipo ADN y ARN; y por otra parte, la implementación de medidas de fuerzas magnéticas en dichos medios, llevando el AFM a un punto que permite su aplicación al estudio de sistemas magnéticos nanométricos con aplicaciones biológicas. En segundo lugar, el desarrollo de dos métodos distintos y complementarios para la creación de nano- y micro- contactos, con especial utilidad a la hora de estudiar las propiedades eléctricas de nanobjetos, no sólo con el AFM, sino también como métodos alternativos a los tradicionales. Los resultados recogidos en los capítulos 2 y 3 reflejan la constante evolución de los instrumentos de medida, tanto para la mejora de las capacidades de los mismos, como para la implementación de nuevas funcionalidades, lo cual presenta en sí mismo un marcado interés para la comunidad científica, ya que posibilita el avance en muchos y muy variados campos.
Finalmente, el capítulo 4 versa sobre el estudio de nuevos sistemas de baja dimensionalidad: una primera parte dedicada a fibras unidimensionales de polímeros de coordinación, que presentan propiedades de conducción eléctrica extraordinarias, y una segunda parte dedicada a materiales bidimensionales, en particular al uso del AFM para modificar localmente las propiedades del grafeno a través de la aplicación de presiones ultra altas (> 10 GPa). El capítulo termina con la presentación de un nuevo material, hasta ahora solamente predicho teóricamente, aislado por primera vez en el transcurso de esta tesis, el antimoneno (una lámina de átomos de antimonio de espesor atómico) y la caracterización de varias de sus propiedades. El estudio de las propiedades y el comportamiento de materiales uni- y bidimensionales es esencial para el avance de la nanotecnología y de sus numerosas potenciales aplicaciones.
