Un STM, “scanning tunneling microscope” por sus siglas en inglés, es un microscopio que funciona mediante el principio operacional del efecto túnel y que permite obtener imágenes de superficies a nivel atómico. El STM fue desarrollado por Binnig y Rohrer en 1981, quienes recibieron el Premio Nobel de Física en 1986. Si bien el STM comenzó siendo una herramienta de observación de superficies a nivel atómico, rápidamente se convirtió en un dispositivo para la manipulación de los átomos. Los avances que el STM ha permitido tanto en Nanociencia como Nanotecnología han sido únicos, pues ha sido la herramienta fundamental utilizada tanto para ver como para manipular las nanoestructuras atómicas. Las mejoras implementadas a posteriori han permitido un funcionamiento de este microscopio a temperaturas más bajas, favoreciendo la capacidad de investigar propiedades electrónicas locales con una resolución espacial y energética sin precedentes y que abre la puerta a aplicaciones completamente nuevas. El STM de espín-polarizado se desarrolló a comienzos del siglo XXI, permitiendo caracterizar y manipular capas magnéticas de diferentes sustratos. Cuando una punta de STM está polarizada, es posible diferenciar la densidad de estados de espín “up” de la densidad de estados de espín “down”, lo cual permite obtener información sobre el espín de un entorno local. Esto es posible gracias a que la corriente entre la punta del STM y el sustrato será distinta cuando sus momentos magnéticos estén alineados de forma paralela, a cuando se encuentren alineados de forma antiparalela. No obstante, para poder entender el funcionamiento de STM de espín-polarizado, es necesario ver previamente unos conceptos físicos fundamentales. Por ello, voy a comenzar definiendo la densidad de estados y el efecto túnel dentro del formalismo matemático de Bardeen, en los cuales se basa la gran capacidad de resolución lateral que tiene este microscopio. A continuación, hablaré del desarrollo del propio microscopio construido por Binnig y Rohrer, y cómo solucionaron el problema de las vibraciones para obtener resolución atómica. Así mismo, mostraré los primeros resultados que Binnig y Rohrer obtuvieron y el hito científico de la reconstrucción del 𝑆𝑖 7𝑥7. Una vez visto el funcionamiento y construcción del STM, pasaré a hablar del magnetismo de los sólidos, necesario para entender el funcionamiento del STM de espín polarizado. Por último, hablaré de las mediciones de los espines magnéticos por medio del STM, tanto para una punta magnética como para una punta no magnética y de las aplicaciones que este STM modificado ha proporcionado. Este Trabajo Fin de Grado resulta interesante no solo por la gran transcendencia que este microscopio está teniendo en la física actual, sino porque enlaza de forma directa con varias asignaturas estudiadas durante el Grado y sin las cuales resulta imposible la comprensión de dicho microscopio. Es necesario retomar lo aprendido en Física Estadística para la definición de la densidad de estados, y lo aprendido en Física Cuántica y Mecánica Cuántica para entender el principio operacional del efecto túnel en el cual está basado este microscopio. Por otro lado, y como resulta evidente, las asignaturas troncales de este trabajo son Física del Estado Sólido y Física Atómica y Molecular. Si bien la Física del Estado Sólido engloba todo lo desarrollado durante este trabajo, cobra especial relevancia en la última parte, pues he partido de cosas estudiadas en clase e imprescindibles para poder entender el mismo.

Grado en Física.

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