Nuevas posibilidades para la microscopía tunelizada de barrido
Una mirada bajo la superficie: un equipo de investigación de la Universidad de Münster hace visibles propiedades estructurales y magnéticas ocultas
Los científicos utilizan la microscopía de efecto túnel para comprender cómo se relacionan las propiedades electrónicas o magnéticas de un material con su estructura a escala atómica. Sin embargo, con esta técnica normalmente sólo pueden investigar la capa atómica superior de un material. La profesora Anika Schlenhoff y el investigador postdoctoral Dr. Maciej Bazarnik, del Instituto de Física de la Universidad de Münster, han conseguido por primera vez utilizar un método de medición modificado para obtener imágenes de las propiedades estructurales y magnéticas que se encuentran bajo la superficie. El equipo investigó una capa ultrafina de un material magnético (hierro) bajo una capa bidimensional de grafeno.
A la derecha de la imagen de la superficie de la muestra, pueden verse dos imágenes de microscopio. La imagen superior muestra un contraste entre posiciones de la muestra con diferentes secuencias de apilamiento, mientras que la imagen inferior muestra un mapa de la polarización de espín local, que se debe a la densidad de espín en la interfaz enterrada.
© ACS – AG Schlenhoff
En la microscopía de efecto túnel de barrido convencional, la señal de medición (la "corriente túnel" que fluye entre la punta de la sonda y la muestra) se basa en los llamados estados electrónicos de la superficie de la muestra. En la variante de medición resonante utilizada por el equipo, sin embargo, se investigaron estados situados delante de la superficie. Aparentemente contradictorios, pero conocidos desde hace tiempo, estos estados especiales pueden utilizarse para investigar la transferencia de carga electrónica en interfaces enterradas dentro de la muestra. Como han demostrado ahora los investigadores, estos estados especiales pueden utilizarse para detectar las propiedades magnéticas locales de una película de hierro recubierta de grafeno. La razón física es que los estados electrónicos situados por encima de la superficie penetran por debajo del grafeno en la muestra hasta la capa magnética de hierro y se vuelven magnéticos ellos mismos mediante la interacción con el hierro.
Esto abre nuevas posibilidades de investigación", explica Anika Schlenhoff. Ahora podemos utilizar el mismo microscopio de efecto túnel para investigar la capa superior de un sistema de capas y una capa interfacial enterrada bajo ella en términos de sus propiedades estructurales, electrónicas y magnéticas. Ambas capas pueden analizarse con una resolución espacial única que llega hasta la escala atómica".
El equipo también demostró que su método permite obtener información sobre la posición local de las capas entre sí. Por ejemplo, la posición de los átomos de carbono del grafeno varía localmente con respecto a los átomos de hierro subyacentes debido a las diferentes secuencias de apilamiento. Las diferencias en el apilamiento vertical no podían resolverse antes en este sistema de materiales mediante microscopía de efecto túnel convencional", explica Maciej Bazarnik. Ahora resulta que los estados cercanos a la superficie, que se utilizan en la microscopía de efecto túnel de barrido resonante, son sensibles a la secuencia de apilamiento y, por tanto, permiten visualizar estas diferencias".
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Publicación original
Maciej Bazarnik, Anika Schlenhoff (2025): Image-Potential States on a 2D Gr–Ferromagnet Hybrid: Enhancing Spin and Stacking Sensing; ACS Nano (online first)
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