Guia en format PDF
Logo

Microscòpia i Espectroscòpia a la Nanoescala

Codi: 45735
Crèdits: 3
2026/2027
Titulació Tipus Curs
Nanociència Aplicada: de Materials a Dispositius / Applied Nanoscience: From Materials to Devices OP 1

Professor/a de contacte

Nom :
Marta Gonzalez Silveira
Correu electrònic :
marta.gonzalez@uab.cat

Equip docent (extern a la UAB)

Marc Gonzàlez Cuxart
Deniel Martín Jiménez
Belén Ballesteros Pérez

Idiomes dels grups

Podeu consultar aquesta informació al final del document.

Prerequisits

Coneixements de física i química de la matèria condensada, incloent-hi estructura atòmica, enllaç químic, cristal·lografia, estructura de bandes i propietats electròniques, òptiques i magnètiques dels materials. També cal tenir coneixements de conceptes de mecànica quàntica com la dualitat ona-partícula, estats quàntics i efecte túnel, així com familiaritat amb la ciència de superfícies i les interaccions a escala atòmica, rellevants per a les tècniques de microscòpia de sonda de rastreig i microscòpia electrònica.

Objectius

L'assignatura té com a objectiu presentar com es poden investigar els conceptes de la física i la química de la matèria condensada mitjançant tècniques experimentals modernes, especificament les microscopies de sonda de rastreig i electrònica. Aquestes permeten la visualització directa i la caracterització espectroscòpica de la matèria a escala nanomètrica i subnanomètrica, les escales de longitud rellevants en què emergeixen els fenòmens físics i químics governats per la mecànica quàntica.

En acabar l'assignatura, l'estudiantat serà capaç de:

  • Comprendre i identificar els principis fonamentals de funcionament de les principals tècniques de microscòpia a escala atòmica, incloent-hi els mètodes de microscòpia de sonda de rastreig i la microscòpia electrònica de transmissió.
  • Interpretar i relacionar diferents tipus de mesures espectroscòpiques locals amb la informació física i/o química que proporcionen sobre materials a nanoescala.
  • Familiaritzar-se amb els principis bàsics de funcionament de la microscòpia de sonda de rastreig i de la microscòpia electrònica de transmissió.
  • Analitzar i interpretar conjunts de dades topogràfiques i espectroscòpiques, correlacionant-ne les característiques principals per extreure informació física i química significativa.
  • Connectar les propietats estructurals, electròniques i químiques locals dels materials amb el seu entorn a escala atòmica.
  • Distingir entre contribucions purament topogràfiques i informació espectroscòpica en senyals de mesura complexes i acoblades.
  • Integrar informació procedent de múltiples tècniques espectroscòpiques i d'imatge per construir una comprensió global de les propietats dels nanomaterials.


Resultats d'aprenentatge

  • CA11 (Relacionar propietats físiques i químiques locals amb l'entorn atòmic.) Relacionar propietats físiques i químiques locals amb l'entorn atòmic.
  • CA12 (Discriminar informació purament topogràfica de l’espectroscòpica en tècniques convolucionades.) Discriminar informació purament topogràfica de l’espectroscòpica en tècniques convolucionades.
  • CA13 (Combinar diferents espectroscòpies per obtenir una informació completa sobre propietats específiques de nanomaterials.) Combinar diferents espectroscòpies per obtenir una informació completa sobre propietats específiques de nanomaterials.
  • KA11 (Identificar els principis d’operació de dues tècniques de microscòpia a escala atòmica: la família de microscòpia de sonda de rastreig i la microscòpia electrònica de transmissió.) Identificar els principis d’operació de dues tècniques de microscòpia a escala atòmica: la família de microscòpia de sonda de rastreig i la microscòpia electrònica de transmissió.
  • KA12 (Relacionar el tipus d'espectroscòpia local amb la informació física i química que s'hi pot obtenir.) Relacionar el tipus d'espectroscòpia local amb la informació física i química que s'hi pot obtenir.
  • SA13 (Fer servir de manera bàsica un microscopi de sonda.) Fer servir de manera bàsica un microscopi de sonda.
  • SA14 (Fer servir de manera bàsica un microscopi electrònic de transmissió.) Fer servir de manera bàsica un microscopi electrònic de transmissió.
  • SA15 (Analitzar mapes topogràfics i espectroscòpics correlacionant-ne les característiques principals.) Analitzar mapes topogràfics i espectroscòpics correlacionant-ne les característiques principals.

Continguts

MODULE 1: Atomic Force Microscopy (AFM) – 7 h (Daniel Martín)

  • Història de la microscòpia de força atòmica.
  • Conceptes bàsics de ciència de superfícies.
  • Forces superficials.
  • Funcionament de l'AFM.
  • Paràmetres del sensor AFM.
  • AFM en diferents entorns.
  • Modes de mesura en AFM.
  • Force–Distance Curves.
  • Artefactes d'imatge.
  • Nanotribologia i microscòpia de força de fricció (FFM).
  • Caracterització elèctrica a nanoescala.
  • Aplicacions d'AFM.
  • Microscòpia de força electrostàtica (EFM) i microscòpia Kelvin de força (KPFM).
  • AFM de modulació de freqüència en ultra-alt buit (FM-AFM-UHV).
  • Darrers avenços en AFM.
  • Programari per a l'anàlisi d'imatges.
  • Requisit: L'estudiantat ha de portar els seus propis ordinadors i instal·lar el programari requerit.
  • Propietats nanomecàniques.

MODULE 2: Scanning Tunnelling Microscopy (STM) – 6 h (Marc González Cuxart)

  • Fonaments i història.
  • Efecte túnel.
  • Conceptes electrònics.
  • Funcionament de l'STM.
  • Imatge i topografia.
  • Instrumentació.
  • STM i espectroscòpia de túnel de rastreig (STS).
  • STM i espectroscòpia de túnel electrònic inelàstic (IETS).
  • Manipulació atòmica.
  • Tècniques avançades d'STM.

MODULE 3: Transmission Electron Microscopy (TEM) – 6 h (Belén Ballesteros)

  • Fonaments i història de la microscòpia electrònica.
  • Fonaments de la microscòpia electrònica.
  • Tecnologia central de la TEM i aberracions.
  • Instrumentació TEM i funció de les diferents parts.
  • Principis de formació de contrast en TEM.
  • Tècniques de difracció electrònica.
  • Microscòpia electrònica de transmissió de rastreig.
  • Espectroscòpies en TEM a escala atòmica.
  • Tècniques avançades de TEM.
  • Estratègies per a la preparació de mostres per a TEM.


Activitats formatives i Metodologia

Títol Hores ECTS Resultats d'aprenentatge
Treball autònom 48 1,92
Classes pràctiques 2 0,08 CA11, CA12, CA13, KA11, KA12, SA13, SA14, SA15
Tutories 8 0,32 CA11, CA12, CA13, KA11, KA12, SA15
Classes magistrals 17 0,68 CA11, CA12, CA13, KA11, KA12, SA13, SA14, SA15

Les classes consistiran en classes magistrals teòriques, sessions pràctiques supervisades i tutories. Es realitzaran visites a instal·lacions científiques on es podran veure en funcionaments els diferents tipus de microscopis estudiats a l'assignatura.

Nota: es reservaran 15 minuts d'una classe, dins del calendari establert pel centre/titulació, perquè l'alumnat completi les enquestes d'avaluació de l'actuació del professorat i d'avaluació de l'assignatura.

Avaluació

Activitats d'avaluació continuada

Títol Pes Hores ECTS Resultats d'aprenentatge
Proves escrites (x3) 60% 0 0 CA11, CA12, CA13, KA11, KA12, SA13, SA14, SA15
Presentació Oral 40% 0 0 CA11, CA12, CA13, KA11, KA12, SA15

Tres proves escrites que es lliuraran durant el curs (20% cadascuna).

Presentació oral al final del curs (40%).

Bibliografia

R García. Amplitude modulation atomic force microscopy. Wiley-VCH, 2010. 373, 2010

Garcıa, R., & Perez, R. (2002). Dynamic atomic force microscopy methods. Surface science reports, 47(6-8), 197-301.

Cappella, B., & Dietler, G. (1999). Force-distance curves by atomic force microscopy. Surface science reports, 34(1-3), 1-104.

Axt, A., Hermes, I. M., Bergmann, V. W., Tausendpfund, N., & Weber, S. A. (2018). Know your full potential: Quantitative Kelvin probe force microscopy on nanoscale electrical devices. Beilstein journal of nanotechnology, 9(1), 1809-1819.

R. Wiesendanger, Scanning Probe Microscopy and Spectroscopy: Methods and Applications, Cambridge University Press, (1994).

Williams, D. B., & Carter, C. B. Transmission Electron Microscopy: A Textbook for Materials Science (2nd ed.). Springer (2009).


Programari

Nanonis STM Simulator V5e (https://www.specs-group.com/nanonis/products/mimea/).

Gwyddion (https://gwyddion.net/).

Grups i idiomes de l'assignatura

La informació proporcionada és provisional fins al 30 de novembre. A partir d'aquesta data, podreu consultar l'idioma de cada grup a través d'aquest enllaç. Per accedir a la informació, caldrà introduir el CODI de l'assignatura

Tipus de docència Grup Idioma Semestre Torn
(TEm) Teoria (màster) 1 Anglès primer quadrimestre tarda