A microscopia de tunelamento de varredura revela estrutura atômica subterrânea

Os cientistas usam a microscopia de tunelamento de varredura para entender como as propriedades eletrônicas ou magnéticas de um materials se relacionam à sua estrutura na escala atômica. Ao usar essa técnica, no entanto, eles normalmente podem investigar apenas a camada atômica superior de um materials.

A professora Anika Schlenhoff e o pesquisador de pós -doutorado Dr. Maciej Bazarnik, do Instituto de Física da Universidade de Münster (Alemanha), agora conseguiu pela primeira vez o uso de um método de medição modificado para imagem de propriedades estruturais e magnéticas que estão sob a superfície. A equipe investigou uma camada ultrafina de um materials magnético (ferro) sob uma camada de grafeno bidimensional. A pesquisa é publicado no diário ACS Nano.

Na microscopia de tunelamento de varredura convencional, os chamados estados eletrônicos na superfície da amostra são usados para o sinal de medição (a “corrente do túnel” que flui entre a ponta da sonda e a amostra). Na variante de medição ressonante usada pela equipe, no entanto, os estados localizados em frente à superfície foram investigados. Aparentemente contraditório, mas conhecido por algum tempo, esses estados especiais podem ser usados para investigar a transferência de carga eletrônica em interfaces enterradas dentro da amostra.

Como os pesquisadores mostraram agora, esses estados especiais podem ser usados para detectar as propriedades magnéticas locais de um filme de ferro coberto por grafeno. A razão física para isso é que os estados eletrônicos localizados acima da superfície penetram abaixo do grafeno na amostra até a camada de ferro magnético e se tornam magnéticos através da interação com o ferro.

“Isso abre novas possibilidades de investigação”, explica Schlenhoff. “Agora podemos usar o mesmo microscópio de tunelamento de varredura para investigar a camada superior de um sistema em camadas e uma camada interfacial enterrada abaixo dela em termos de seus Propriedades magnéticas. Ambas as camadas podem ser analisadas com uma resolução exclusivamente alta espacial que se estende até a escala atômica “.

A equipe também mostrou que seu método pode ser usado para obter informações sobre a posição native das camadas em relação uma à outra. Por exemplo, a posição dos átomos de carbono do grafeno Varia localmente em relação aos átomos de ferro subjacente devido a diferentes sequências de empilhamento.

“As diferenças no empilhamento vertical não puderam ser resolvidas anteriormente para esse sistema de materials usando microscopia de tunelamento de varredura convencional”, explica Bazarnik.

Como agora se vê, os estados próximos à superfície, que são usados em ressonante varredura tunelamento microscopiasão sensíveis à sequência de empilhamento e, portanto, permitem que essas diferenças sejam visualizadas.