Estudio de las propiedades electrónicas y ópticas de moléculas orgánicas adsorbidas en superficie y su posible aplicación a sensores o marcadores moleculares. Diseño, desarrollo y construcción de un laboratorio con un sistema de microscopia de efecto túnel/fuerza atómica (STM/AFM) en ultra alto vacío (UHV) a baja temperatura en unión con un sistema de aumento de espectroscopia Raman por punta (TERS) y actividad óptica Raman (ROA).

-Nueva instrumentación, espectroscopia y microscopia STM en Ultra alto vacío._x000D_ Muchas variantes del microscopio de efecto túnel han surgido para cubrir una vasta gama de microscopios a sonda local [35] entre las que destacan el: microscopio de fuerza dinámica, el microscopio de escaneo por capacitancia, el microscopio de fuerza electroestática, el microscopio óptico de escaneo de campo cercano, etc. Todos estos microscopios se han desarrollado en los últimos años después de la aparición del STM. Si bien estos microscopios poseen una característica especial para poder medir un fenómeno físico, dígase fuerzas intermoleculares, capacitancia u propiedades ópticas, la mayoría de ellos usan el AFM al ambiente expuesto a contaminación del aire y en superficies rugosas que impiden una alta resolución. _x000D_ Aquí se propone implementar el microscopio STM a baja temperatura en ultra alto vacio porque sigue siendo una de las mejores herramientas para investigar la naturaleza físico-química de las superficies [36], que van desde el estudio de transporte electrónico, manipulación translacional y rotacional de moléculas, la manipulación del spin en cadenas consecutivas de átomos, catálisis, espectroscopia inelástica vibracional o el estudio de orbitales moleculares [18,19]._x000D_ El uso del STM en ultra alto vacio a baja temperatura es complejo pero a cambio se obtienen condiciones limpias de preparación de la muestra de tal manera que pueden fabricarse superficies atómicamente planas de bajos o altos índices cristalográficos, también se efectúa de manera controlada la sublimación de átomos y moléculas en la superficie y se tienen periodos largos de medición en las mismas condiciones experimentales. _x000D_ Sin embargo en los últimos doce años se ha extendido el uso de la espectroscopia Raman en unión con un microscopio de sonda local [37,38], utilizando el ápice de la punta del escáner para aumentar el campo electromagnético de la dispersión Raman de moléculas adsorbidas en una superficie metálica por medio de la excitación de plasmones del metal al incidir luz coherente monocromática en el rango de adsorción óptica del material metálico. De tal manera que la punta del microscopio es una nanoantena que aumenta la intensidad de luz inelastica dispersada que es colectada por un espectrógrafo para graficar los modos vibraciones de las moléculas adsorbidas de forma local. Esta técnica de microscopia en el campo cercano se denomina espectroscopia Raman por punta o TERS._x000D_ Este instrumento es una extensión de la espectroscopia raman de superficie (SERS), donde los plasmones de superficie de partículas metálicas son excitados por la incidencia de luz coherente en superficies metálicas rugosas , los puntos donde la intensidad de la luz emitida tiene un orden de magnitud más alta con un aumento máximo reportado de 1014 [39] se debe a la proximidad nanométrica entre dos o más nanopartículas que pueden acoplar la excitación de plasmones con la dispersión Raman inelástica emitida por una molécula posicionada entre estas partículas metálicas, normalmente los puntos donde la intensidad de la onda electromagnética se ve aumentada se denominan “hot spots”. _x000D_ El TERS es un solo “hot-spot” (punta del microscopio y superficie) que escanea de manera controlada un área determinada por medio del piezoeléctrico del STM o AFM. El sistema óptico tiene un laser como fuente de luz coherente que por medio de un sistema de filtros, espejos, fibras ópticas y cristales polarizadorez iluminan el gap de separación entre la superficie y la punta para excitar colectivamente los electrones del metal, la luz emitida por la muestra se recolecta por un sistema de espejos para llevar el haz hacia un espectrógrafo._x000D_ _x000D_ Solo se ha reportado un sistema TERS en el mundo que funciona totalmente en UHV hasta el conocimiento de los autores, fabricado en el FHI de Berlin, Alemania con todo el sistema óptico y el STM en condiciones de ultra alto vacio [23] así como la preparación de la muestra con el funcionamiento del STM a temperatura ambiente, en donde el líder del proyecto ha participado en su realización._x000D_ _x000D_ En este proyecto proponemos hacer un estudio experimental de frontera con el uso del STM a 5K en UHV con un sistema óptico de TERS para estudiar sistemas quirales, clusters metálicos de Au y estructuras fabricadas por litografía. El líder del proyecto se ha integrado recientemente al Instituto de Física de la UNAM después de trabajar en varios institutos lideres de microscopia por sonda local y participo en la realización del primer sistema de TERS que opera completamente en ultra alto vacio. Se cuenta con el apoyo del instituto de física para desarrollar este sistema e integrar otros sistemas adicionales para hacer otra gama de experimentos. La etapa inicial del proyecto se centrara en la utilización de STM LT en UHV y TERS._x000D_ La óptica estará montada en un sistema mecánico orbitalario al crisotato de Helio liquido dentro de la cámara de UHV, Fig 1, el criostato contendrá el escáner de STM con accesos ópticos para iluminar la muestra que se encuentra a baja temperatura, se hará uso de puertos especiales para introducir fibras ópticas a la cámara de UHV que transmitirán la luz coherente del laser exterior a la cámara._x000D_ Añadiremos otra característica a nuestro sistema de TERS, la óptica tendrá un modulador electro-óptico para polarizar la luz circularmente y hacer estudios de Dicroismo circular por actividad óptica Raman en el campo cercano. La actividad óptica Raman se ha reportado en un sistema de SERS recientemente [40] por lo que se espera que el sistema óptico de actividad Raman también experimentara en el campo cercano un aumento de intensidad con el uso de la punta del microscopio. La óptica de TERS y ROA son similares así que se harán las modificaciones pertinentes en el sistema mecánico para que las dos ópticas puedan ser intercambiables dentro de la cámara de vacío y puedan ser compatibles. Con el sistema de ROA seremos capaces de estudiar las quiralidad de las moléculas en su sitio de adsorción por la incidencia de luz circular polarizada. _x000D_ Hasta el conocimiento del lider del proyecto no existe ningún sistema en el mundo con estas características que haya reportado resultados y que planeamos implementar. _x000D_ -Para determinar si las puntas del microscopio son quirales, estudiaremos la creación de puntas y su observación por microscopia de transmisión electrónica (TEM) y escaneo de microscopia electrónica con corrección de aberración (STEM), estamos interesados en observar el ápice de las puntas.