Microscopía TEM y STEM

Descubrimos la microscopía TEM y STEM

¿Sabéis qué es la microscopía electrónica de transmisión y para qué se usa? En este artículo te explicamos cómo funciona y por qué es fundamental para la industria.

La microscopía electrónica de transmisión (TEM, por sus siglas en inglés) es una herramienta crucial en muchas industrias ya que nos proporciona imágenes de alta resolución incluso hasta nivel atómico. Eso es, podemos visualizar la disposición de los átomos en el espacio y la composición de los materiales, lo que permite el estudio detallado de nuestros materiales. Veamos en qué consiste.

¿Qué es la microscopía TEM?

La microscopía electrónica de transmisión se llama de esta forma ya que un haz de electrones acelerado con un alto voltaje atraviesa el material a analizar, que previamente hemos preparado para obtener unas muestras ultrafinas (con un espesor inferior a 100 nm). Como los electrones tienen una longitud de onda mucho menor que la de la luz visible, podemos ver detalles muy pequeños, incluso con resolución atómica.

En la microscopía electrónica de transmisión hay dos modos de trabajo principales, ambos presentes en el LMA:

• Modo TEM: consiste en utilizar un gran haz de electrones que atraviesa una muestra y nos da información sobre su tamaño, morfología y estructura-

• Modo STEM: formamos un haz muy pequeño con el que barremos la muestra punto a punto. Este modo nos da principalmente información sobre la composición química.

¿Cómo funciona un microscopio electrónico?

Los electrones que alcanzan la muestra pueden atravesarla, rebotar o ser absorbidos por ella. Esto forma una imagen que es recogida por los detectores situados al otro lado del material, . Esta imagen nos proporciona información del tamaño, forma, microestructura, estructura atómica e incluso información química de nuestro material.

Veamos más en detalle las partes de un TEM para entender su funcionamiento.

• Cañón de electrones: emite los electrones que atraviesan la muestra. El voltaje de aceleración se puede regular.

• Lentes electro-magnéticas: se utilizan para enfocar y dirigir el haz de electrones, ya que las lentes convencionales utilizadas en los microscopios ópticos no funcionan con los electrones. Pueden ser lentes condensadoras, lentes objetivo o de proyección. Las lentes condensadoras se encargan de la formación inicial del haz tras la emisión de los electrones. Las lentes de objetivo focalizan el haz sobre la muestra y forman la imagen y finalmente las lentes de proyección se encargan de expandir la imagen formada hacia la pantalla de fósforo u otro dispositivo de detección.

• Sistema de vacío: los electrones pueden ser desviados por las moléculas del aire, por lo tanto, debemos trabajar en un vacío casi total en el interior de un TEM.

• Pantalla fluorescente: se utiliza para visualizar la imagen formada y aumentada. Puede ser una pantalla de fósforo o flúor para observar directamente, o mediate algún detector específico.

¿Hasta dónde podemos llegar a ver?

Con la microscopía TEM podemos visualizar columnas de átomos. Esto se denomina ‘alta resolución’ o HR, por sus siglas en inglés.

Los equipos del LMA pueden incluso ’observar’ distancias más pequeñas que la separación entre átomos. Podemos llegar a la resolución subangstrom (Å), en concreto hasta unos 0,8 Å, 0,08 nm.

¿Cómo funciona la microscopía HRTEM y HRSTEM?

Para obtener una resolución tan alta, debemos utilizar correctores para las lentes, que nos permiten ‘enfocar mejor’ el haz de electrones reduciendo los defectos de éstas (lo que conocemos como aberraciones) como harían unas gafas de ver. Debido a su alta resolución es una valiosa herramienta ampliamente utilizada para el estudio de nanoestructuras de materiales cristalinos como los semiconductores y los metales.

¿Para qué sirven la microscopía TEM?

Os contamos algunas de las aplicaciones y campos de trabajo que más se benefician del uso de la microscopía TEM.

Control de calidad en la fabricación de materiales avanzados

En industrias como la electrónica, la aerospacial o la de materiales compuestos, el TEM permite examinar la microestructura de materiales a nanoescala. Esto es vital para asegurar que los productos cumplan con las especificaciones técnicas y de rendimiento, ya que incluso pequeñas imperfecciones a nivel atómico pueden afectar el funcionamiento de dispositivos como semiconductores, pantallas o componentes aeroespaciales.

Investigación y desarrollo de nuevos materiales

El TEM es esencial para la investigación de nanomateriales, como nanotubos de carbono, grafeno y nanopartículas, que tienen aplicaciones en electrónica, energía, medicina, y más. Podemos observar su estructura interna, interacciones y defectos.

Nanotecnología y semiconductores

En la industria de los semiconductores, donde los transistores y componentes electrónicos se fabrican a escalas extremadamente pequeñas, la microscopía TEM es fundamental para evaluar el grosor de capas, la composición de las interfaces y la integridad estructural de los dispositivos.

Análisis de fallos

Cuando los productos fallan, especialmente en industrias como la electrónica o la automoción, el TEM permite analizar defectos estructurales a nivel atómico, como impurezas o dislocaciones. Esto facilita la identificación de las causas de los fallos, y ayuda a mejorar procesos de producción para evitar problemas futuros.

Biomedicina y farmacéutica

En la industria biomédica, el TEM se utiliza para estudiar tejidos, células y biomoléculas con un detalle excepcional. Esto es útil tanto en la investigación de enfermedades como en el desarrollo de fármacos, donde es importante entender las interacciones a nivel molecular.

Nuestros equipos TEM

Mira todos nuestros equipos TEM.

En resumen, la microscopía STEM y TEM son unas técnicas de análisis poderosas y versátiles que permiten observar y analizar materiales a escalas extremadamente pequeñas, haciendo posible el avance en el desarrollo de tecnologías más eficientes y avanzadas en muchas industrias. Si quieres realizar un análisis en nuestros laboratorios, contáctanos al 976 76 29 80 o envíanos un correo a lma@unizar.es. Atenderemos tu petición a la mayor brevedad.