El Aarhus es un microscopio que combina STM y AFM de no-contacto gracias al sensor KolibriTM en condiciones de ultra-alto-vacío (P<10-10 mbar). Además de poder tomar imágenes con resolución atómica de muestras metálicas y aislantes, la principal peculiaridad de este instrumento es un filamento que permite calentar la muestra hasta 900 ºC por radiación de luz, mientras mantiene la punta y el escáner protegido en torno a temperatura ambiente.

Dicho accesorio, junto con la posibilidad de dosificar gases y evaporar materiales in-situ durante el escaneo, hace del Aahrus un instrumento ideal para explorar la actividad química y catalítica de una superficie tras establecer condiciones termodinámicas artificiales y ajustadas a la resolución temporal que demanda el experimento.El Aarhus está conectado al JT-STM en un entorno de UHV. De este modo, los accesorios para la preparación de muestras son compartidos y el usuario puede trasladar la misma muestra entre ambosmicroscopios.

Entre sus aplicaciones destaca la monitorización en tiempo real de procesos activados térmicamente, tales, como la chemical vapour deposition (por ejemplo para grafeno en metales), la síntesis en superficie, la epitaxia de metales y el autoensamblaje de monocapas orgánicas.

Microscopia y espectroscopia de sonda próxima:

  • Caracterización estructural con resolución atómica de superficies metálicas y aislantes.
  • Carga de muestras rápida y diseño flexible para caracterización rápida de muestras crecidas in-situ o introducidas desde el exterior sin tratamiento adicional
  • Espectroscopia de fuerzas con resolución sub-Å en Z.
  • Mapas de constraste químico con resolución atómica mediante el uso de fuerzas repulsivas o atractivas entre la punta y los átomos.
  • Módulo de Microscopia Kelvin Probec (KPFM) dedicado.

Caracterización físico-química de materiales 2D en tiempo real:

  • Monitorización de la dinámica de superficies hasta 900 ºC.
  • Dosificación controlada de gases de forma simultánea al escaneo.
  • Posibilidad de evaporar materiales orgánicos e inorgánicos durante la adquisición de imágenes.
  • Rango de temperaturas: 100 K (criostato de flujo de LN2) a 1200 K (calentamiento por radiación)
  • Periodicidad de recarga de LN2: 24 horas
  • Ruido topográfico en Z: 5 pm pico a pico; <2000 fm/(Hz)^(1/2)
  • Estabilidad térmica a bajas temperaturas: es posible obtener imágenes con calidad estándar de STM con duración < 5 min a temperaturas <250 K.
  • Estabilidad térmica a altas temperaturas: Para temperaturas T<600 ºC se consigue el equilibrio térmico para imágenes con calidad estándar de STM tras unos 15 min . Para 600 ºC < T < 900 ºC el tiempo de adquisición de imágenes queda limitado a 5-10 min.
  • Minima oscilación estable del Kolibri para nc-AFM: 90 pm
  • Resolución de fuerzas: <1 pN
  • Máxima presión de trabajo: 1E-5 mbar.
  • Acondicionamiento in-situ de puntas.

Preparación de muestras: (Compartido con el SPECS JT-STM) 3 cañones de iones, 3 calentadores por bombardeo iónico (100-1300 ºC), un calentador-flash (2100 ºC en 25 segundos), difracción de electrones de baja energía y espectroscopía Auger (SPECS ErLEED 150), espectrómetro de masas (cuadrupolo) para detección de gases residuales, 7 válvulas de fuga para inyección controlada de gases, 1 SPECS EBE4 y 3 SPECS EBE1 para evaporación de metales, 2 estaciones de evaporadores orgánicos transportables en UHV, 1 celda de efusión de alta temperatura (CreaTEc).

Atomically resolved Ag(111) surface in nc-AFM mode. Kolibri PLL parameters nres~1 MHz, Q~25000, oscillation amplitude 200 pm, DnSP=0.2 Hz (positive feedback range), 2 lines/second.

Fig 2. Sequential set of images of Tm/W(110) while increasing the temperature. At RT an amorphous deposit is obtained. At 400ºC the Tm atoms arrange epitaxially over the W(110) forming a Moirée patter. At 750-800 ºC WC are segregated from where the Tm is expelled. At 900ºC the Tm desorbs and the bare W(110) surface remains.

ig 3. Time evolution of CVD of propene on Ni(111) at 550 ºC. After taking the left-most frame showing a clean Ni surface with fuzzy step edges due to the atoms mobility at this temperature, a partial pressure of propene of 110-6 mbar is dosed into the chamber. The second panel shows the formation front of a Ni2C monolayer. After a few minutes the whole scan area is covered by Ni2C (as confirmed by the atomically resolved images in the right panel), where the atomic steps have been wiped out due to microscale mass transport of Ni to accommodate the lower density phase of the product.

Laboratorio de Microscopías Avanzadas

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