Microscopía Electrónica de Transmisión (TEM)

El grupo TEM del LMA desarrolla líneas de investigación en el área de la microscopía electrónica aplicada a la ciencia de materiales en estrecha relación con las principales líneas de investigación de los institutos INMA y BiFi:

• Una está estrechamente relacionada con las líneas de investigación del INMA sobre “Nanobiomedicina” y “Nanomateriales y se dedica al del estudio de nanosistemas para aplicaciones en física y biología. El objetivo del estudio de estos nano objetos es establecer correlaciones entre las estructuras a escala nanométrica y sus propiedades funcionales. Los sistemas estudiados son nanopartículas magnéticas y no magnéticas (metálicas y óxidos), nanoestructuras de semiconductores, nanotubos de carbono, grafeno, compuestos mesoporosos y materiales biológicos.
• Otra línea de investigación está dedicada al estudio de la biología estructual y los mecanismos moleculares de complejos proteínicos de membrana. Así como la transducción de señales mediada por estos complejos proteínicos.
• Otra línea se centra en el estudio del papel de la glicosilación de las proteínas en enfermedades.
• Otra línea de investigación se ocupa del estudio de interfaces en heteroestructuras. Esta actividad está estrechamente relacionada con los trabajos realizados en la línea de investigación «Física de los Nanosistemas» del INMA. Nuestros trabajos se refieren al estudio de las propiedades estructurales (defectos, epitaxia, deformación) estudiadas por Q-HRTEM y a la química y estructura electrónica de las interfases investigadas por el análisis de la estructura fina en espectros de pérdida de energía de electrón (EELS) de las interfaces en películas delgadas o multicapas de metales y óxidos 3d (tipo perovskita o espinela).

Líneas principales de investigación en estas áreas:

• Materiales magnéticos
• Nanopartículas y nanomateriales
• Interfaces en heteroestructuras
• Nanomateriales a base de carbono y nanoestructuras relaccionadas/afines
• Materiales blandos y sensibles al haz de electrones
• Propiedades plasmónicas y opto-electrónicas de los materiales
• Estudios de Caracterización estructural y Transducción de señales mediadas por complejos proteínicos de membrana
• Glicosilación de las proteínas y su papel en enfermedad

Las técnicas TEM asociadas a estas líneas de investigación son:

• TEM cuantitativo de Alta Resolución (Q-HRTEM)
• Espectroscopia de pérdida de energía de electrón (EELS) de alta resolución espacial y en Energía.
• Imagen STEM de alta resolución (HRSTEM – HAADF)
• Holografía electrónica
• Tomografía
• Cryo-TEM

Los dos microscopios Titan G2 60-300 permiten el estudio de materiales carbonosos (grafeno, nanotubos de carbono, fullerenos) a bajo voltaje con alta resolución. Lo cual supone una infraestructura única en Europa. Esto sitúa al LMA en una posición privilegiada para el análisis de este tipo de materiales, tan sensibles a la irradiación por electrones.

Otras líneas de investigación también están relacionadas con las áreas de Nanobiomedicina, Nanomateriales o Física de Nanosistemas:

• Una línea está relacionada con el desarrollo de la Holografía Electrónica para la adquisición de mapas de campos magnéticos, electrostáticos o de tensión y deformación. Mediante Holografía electrónica se mide la contribución de la fase del haz de electrones, el cual ha interaccionado con una muestra delgada. Al medir el cambio en la fase del haz electrónico obtenemos información sobre el potencial electrostático local y la inducción magnética dentro de la muestra, así como sobre los campos demagnetizantes circundantes (stray fields). De ese modo, es posible medir de manera local y cuantitativa esos campos internos, con una resolución de unos pocos nanómetros. Además, al medir la fase de haces difractados se obtiene información sobre la tensión local en la muestra. Así, resulta posible correlacionar localmente la estructura y composición de un material o nanosistema con los campos (magnético, electrostático y de tensión) asociados a una estructura específica. Esto puede resultar de gran interés para el estudio de las propiedades magnéticas de nanopartículas o láminas delgadas utilizadas en aplicaciones magnéticas o de espintrónica, así como el efecto de la tensión o deformación en dispositivos electrónicos.
• Dentro de la investigación en nanosistemas magnéticos y espintrónicos, otro campo importante está relacionado con los experimentos “In situ” TEM. La mayoría de los experimentos de holografía magnética y microscopia Lorentz sobre materiales magnéticos tienen lugar en estado remanente, pero resulta de gran interés estudiar los dispositivos magnéticos en condiciones más reales, es decir, bajo la aplicación de un campo magnético externo, o cuando es atravesado por una corriente eléctrica. El objetivo de desarrollar estas técnicas es estudiar la influencia de defectos locales, interfaces, constricciones, etc sobre los procesos de nucleación y propagación de paredes de dominio magnéticos en la nanoescala.
• Otra línea de desarrollo en el LMA está relacionada con la Plasmónica. La alta resolución en Energía de los dos Titanes, combinada con la resolución espacial, permite el estudio de la respuesta óptica de nanomateriales en un rango espectral de 0.2 a 5eV. El objetivo es el estudio de las propiedades ópticas de nanomateriales metálicos, y nuestro trabajo se enfoca en la relación entre el tamaño y la forma de los nano-objetos y las excitaciones plasmónicas obtenidas. El estudio de las interacciones plasmónicas entre objetos próximos es otro de los campos de interés. Estos análisis se realizan mediante medidas espectróscopicas, tanto por EELS como por Imagen TEM filtrada en Energía (EFTEM), especialmente en el microscopio Titan equipado con corrector de sonda y monocromador.