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Microscopía y Espectroscopía en la Nanoescala

Código: 45735
Créditos: 3
2026/2027
Titulación Tipo Curso
Nanociencia Aplicada: de Materiales a Dispositivos / Applied Nanoscience: From Materials to Devices OP 1

Profesor/a de contacto

Nombre :
Marta Gonzalez Silveira
Correo electrónico :
marta.gonzalez@uab.cat

Equipo docente (externo a la UAB)

Marc Gonzàlez Cuxart
Deniel Martín Jiménez
Belén Ballesteros Pérez

Idiomas de los grupos

Puede consultar esta información al final del documento.

Prerrequisitos

Conocimientos de física y química de la materia condensada, incluyendo estructura atómica, enlace químico, cristalografía, estructura de bandas y propiedades electrónicas, ópticas y magnéticas de los materiales. También se requieren conocimientos de conceptos de mecánica cuántica como la dualidad onda-partícula, los estados cuánticos y el efecto túnel electrónico, así como familiaridad con la ciencia de superficies y las interacciones a escala atómica, relevantes para las técnicas de microscopía de sonda de barrido y microscopía electrónica.


Objetivos

La asignatura tiene como objetivo presentar cómo pueden investigarse los conceptos de la física y la química de la materia condensada mediante técnicas experimentales modernas, específicamente las microscopías de sonda de barrido y electrónica. Estas permiten la visualización directa y el análisis espectroscópico de la materia a escala nanométrica y subnanométrica, que son las escalas de longitud relevantes en las que emergen los fenómenos físicos y químicos regidos por la mecánica cuántica.

Al finalizar la asignatura, el estudiantado será capaz de:

  • Comprender e identificar los principios fundamentales de funcionamiento de las principales técnicas de microscopía a escala atómica, incluidos los métodos de microscopía de sonda de barrido y la microscopía electrónica de transmisión.
  • Interpretar y relacionar distintos tipos de medidas espectroscópicas locales con la información física y/o química que proporcionan sobre materiales a nanoescala.
  • Familiarizarse con los principios básicos de funcionamiento de la microscopía de sonda de barrido y de la microscopía electrónica de transmisión.
  • Analizar e interpretar conjuntos de datos topográficos y espectroscópicos, correlacionando sus características principales para extraer información física y química significativa.
  • Conectar las propiedades estructurales, electrónicas y químicas locales de los materiales con su entorno a escala atómica.
  • Distinguir entre contribuciones puramente topográficas e información espectroscópica en señales de medida complejas y acopladas.
  • Integrar información procedente de múltiples técnicas espectroscópicas y de imagen para construir una comprensión global de las propiedades de los nanomateriales.


Resultados de aprendizaje

  • CA11 (Relacionar propiedades físicas/químicas locales con el entorno atómico.) Relacionar propiedades físicas/químicas locales con el entorno atómico.
  • CA12 (Discriminar información puramente topográfica de la espectroscópica en técnicas convolucionadas.) Discriminar información puramente topográfica de la espectroscópica en técnicas convolucionadas.
  • CA13 (Combinar diferentes espectroscopias para obtener una información completa sobre propiedades específicas de nanomateriales) Combinar diferentes espectroscopias para obtener una información completa sobre propiedades específicas de nanomateriales
  • KA11 (Identificar los principios de operación de dos técnicas de microscopía a escala atómica: la familia de microscopía de sonda de barrido y la microscopía electrónica de transmisión.) Identificar los principios de operación de dos técnicas de microscopía a escala atómica: la familia de microscopía de sonda de barrido y la microscopía electrónica de transmisión.
  • KA12 (Relacionar el tipo de espectroscopía local con la información física/química que se puede obtener con ella.) Relacionar el tipo de espectroscopía local con la información física/química que se puede obtener con ella.
  • SA13 (Utilizar de manera básica un microscopio de sonda.) Utilizar de manera básica un microscopio de sonda.
  • SA14 (Utilizar de manera básica un microscopio electrónico de transmisión.) Utilizar de manera básica un microscopio electrónico de transmisión.
  • SA15 (Analizar mapas topográficos y espectroscópicos correlacionando sus características principales.) Analizar mapas topográficos y espectroscópicos correlacionando sus características principales.

Contenidos

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

  • Historia de la microscopía de fuerza atómica.
  • Conceptos básicos de ciencia de superficies.
  • Fuerzas superficiales.
  • Funcionamiento de la AFM.
  • Parámetros del sensor AFM.
  • AFM en diferentes entornos.
  • Modos de medida en AFM.
  • Force–Distance Curves.
  • Artefactos de imagen.
  • Nanotribología y microscopía de fuerza de fricción (FFM).
  • Caracterización eléctrica a nanoescala.
  • Aplicaciones de AFM.
  • Microscopía de fuerza electrostática (EFM) y microscopía Kelvin de fuerza (KPFM).
  • AFM de modulación de frecuencia en ultra alto vacío (FM-AFM-UHV).
  • Últimos avances en AFM.
  • Software para análisis de imagen.
  • Requisito: El estudiantado debe traer sus propios ordenadores e instalar el software requerido.
  • Propiedades nanomecánicas.


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

  • Fundamentos e historia.
  • Efecto túnel.
  • Conceptos electrónicos.
  • Funcionamiento de la STM.
  • Imagen y topografía.
  • Instrumentación.
  • STM y espectroscopía de efecto túnel de barrido (STS).
  • STM y espectroscopía de efecto túnel electrónico inelástico (IETS).
  • Manipulación atómica.
  • Técnicas avanzadas de STM.

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

  • Fundamentos e historia de la microscopía electrónica.
  • Fundamentos de la microscopía electrónica.
  • Tecnología central de la TEM y aberraciones.
  • Instrumentación TEM y función de las diferentes partes.
  • Principios de formación de contraste en TEM.
  • Técnicas de difracción electrónica.
  • Microscopía electrónica de transmisión de barrido.
  • Espectroscopías en TEM a escala atómica.
  • Técnicas avanzadas de TEM.
  • Estrategias para la preparación de muestras para TEM.


Actividades formativas y Metodología

Título Horas ECTS Resultados de aprendizaje
Trabajo autónomo 48 1,92
Clases prácticas 2 0,08 CA11, CA12, CA13, KA11, KA12, SA13, SA14, SA15
Tutorías 8 0,32 CA11, CA12, CA13, KA11, KA12, SA15
Clases magistrales 17 0,68 CA11, CA12, CA13, KA11, KA12, SA13, SA14, SA15

Las clases consistirán en clases magistrales teóricas, sesiones prácticas supervisadas y tutorías. Se realizarán visitas a instalaciones científicas donde se podrán ver en funcionamiento los diferentes tipos de microscopios estudiados en la asignatura.

Nota: se reservarán 15 minutos de una clase dentro del calendario establecido por el centro o por la titulación para que el alumnado rellene las encuestas de evaluación de la actuación del profesorado y de evaluación de la asignatura o módulo.

Evaluación

Actividades de evaluación continuada

Título Peso Horas ECTS Resultados de aprendizaje
Pruebas escritas (x3) 60% 0 0 CA11, CA12, CA13, KA11, KA12, SA13, SA14, SA15
Presentación oral 40% 0 0 CA11, CA12, CA13, KA11, KA12, SA15

Tres pruebas escritas que se entregarán durante el curso (20% cada una).

Presentación oral al final del curso (40%).

Bibliografía

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).


Software

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

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

Grupos e idiomas de la asignatura

La información proporcionada es provisional hasta el 30 de noviembre. A partir de esta fecha, podrá consultar el idioma de cada grupo a través de este enlace. Para acceder a la información, será necesario introducir el CÓDIGO de la asignatura

Tipo de docencia Grupo Idioma Semestre Turno
(TEm) Teoría (máster) 1 Inglés primer cuatrimestre tarde