La resolución de los microscopios de túnel de barrido se puede mejorar drásticamente uniendo pequeñas moléculas o átomos a su punta. Las imágenes resultantes fueron las primeras en mostrar la estructura geométrica de las moléculas y han generado mucho interés entre los científicos durante los últimos años. Los científicos de Forschungszentrum Jülich y la Academia de Ciencias de la República Checa en Praga ahora han utilizado simulaciones por computadora para obtener conocimientos más profundos sobre la física de estas nuevas técnicas de imagen. Una de estas técnicas se presentó en la revista Ciencias por científicos estadounidenses esta primavera. Los resultados ya se han publicado en la revista. Cartas de revisión física .

"Una comparación entre los resultados experimentales y nuestras simulaciones muestra una excelente concordancia y que, por lo tanto, nuestro modelo teórico es capaz de explicar el mecanismo detrás de las imágenes microscópicas en esta familia de técnicas, ", dice el profesor Tautz de Forschungszentrum Jülich." Esta comparación es esencial para analizar las imágenes ".

Junto a sus compañeros del Instituto Peter Grünberg (PGI-3), en 2008, Tautz introdujo el método de unir moléculas individuales, inicialmente moléculas de hidrógeno, moléculas posteriores, como el monóxido de carbono, hasta la punta de un microscopio de túnel de barrido y utilizándolas como sondas de medición extremadamente sensibles. La comunidad científica respondió con gran interés a este método, y desde entonces la técnica se ha perfeccionado continuamente. Permite utilizar microscopios de túnel de barrido como una especie de microscopio de fuerza atómica capaz de obtener imágenes de la estructura geométrica de las moléculas con una precisión sin precedentes.

"Las nubes de carga de valencia de moléculas orgánicas complejas a menudo se extienden por toda la molécula, ocultando así su estructura atómica, ", dice Tautz. Las moléculas unidas de forma flexible en la punta del microscopio se pueden utilizar como sensores y transductores de señal hechos a medida que son capaces de hacer visible la estructura atómica, no obstante.

En los últimos años, Estos sensores atómicos también han resultado útiles para trabajar con microscopios de fuerza atómica. Luego, en mayo de 2014, científicos de la Universidad de California, Irvine, demostró por primera vez que estos sensores también se pueden utilizar para mejorar las señales en un modo de imagen relacionado conocido como espectroscopia de túnel de electrones inelástica. En este caso, es la vibración de la molécula del sensor contra la punta del microscopio la que reacciona sensiblemente al potencial de superficie de la muestra escaneada.

"Nuestros cálculos muestran el efecto de las fuerzas electrostáticas en el AFM de alta resolución, STM, e imágenes IETS ", explica el Dr. Pavel Jelínek del Instituto de Física de la Academia de Ciencias de la República Checa en Praga. "Creemos que los resultados de este trabajo son una contribución importante al uso de la espectroscopia de túnel de electrones inelástica que permitirá que la técnica se utilice como una fuente adicional de información en la ciencia de los materiales y para derivar parámetros adicionales de las imágenes".