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(noticias nanowerk) Un equipo interdisciplinar de investigadores de la Universidad de Amberes (Bélgica) llevó a cabo con éxito estudios in situ utilizando plasma generado en un microscopio electrónico de barrido (SEM). Esta es la primera imagen SEM en vivo mientras se trata la muestra con plasma.
El trabajo fue publicado en Advanced Materials Technologies (“Estudios de plasma in situ utilizando un microplasma de corriente directa en un microscopio electrónico de barrido”).
Los plasmas, a menudo denominados gases ionizados o del cuarto estado de la materia, tienen una amplia gama de aplicaciones. En la industria de los semiconductores, por ejemplo, desempeñan un papel crucial en el proceso litográfico utilizado para producir chips de ordenador. También están ganando cada vez más interés en aplicaciones de química verde como el CO.2 y CH4 Conversión en productos químicos de valor añadido o combustibles renovables, N2 Fijación para la producción de fertilizantes verdes así como para aplicaciones biomédicas como el tratamiento del cáncer, la cicatrización de heridas o la desinfección. Además, los plasmas son objeto de extensas investigaciones para obtener conocimientos más fundamentales.
Muchos de los procesos relevantes para las aplicaciones de plasma tienen lugar a nivel microscópico y su observación a menudo requiere imágenes de alta resolución que van más allá de las capacidades de un microscopio óptico convencional. Por lo tanto, en este estudio se utilizó un microscopio electrónico de barrido (SEM). Un microscopio de este tipo utiliza un haz enfocado de electrones de alta energía que se explora a través de la superficie del material de interés. Al recopilar diversas señales generadas por el haz de electrones y analizarlas píxel a píxel, se pueden generar imágenes muy ampliadas de la muestra hasta el rango nanométrico.
Para realizar estos estudios de plasma in situ en un SEM, hubo que superar varios desafíos. En primer lugar, los microscopios electrónicos suelen funcionar en condiciones de alto vacío para minimizar las interacciones de los electrones con las moléculas de gas. Para crear la nube de gas necesaria para un plasma, se insertó un tubo delgado con un orificio del tamaño de un micrómetro en el extremo en la cámara del microscopio para permitir un flujo controlado de gas a la muestra. El flujo de gas limitado fue suficiente para la operación de plasma local mientras se mantenía una presión baja en el resto del microscopio para obtener imágenes.
En segundo lugar, crear y mantener un plasma requiere un campo eléctrico fuerte que puede afectar los electrones necesarios para las imágenes microscópicas. Al optimizar el hardware y los parámetros de la configuración, el equipo minimizó la desviación del haz de electrones y garantizó una descarga de plasma estable, lo que permitió obtener imágenes en vivo durante la operación del plasma. Esto permitió capturar una vista en tiempo real del tratamiento de una película de cobre, como se muestra en el vídeo de arriba.
Este importante logro sólo fue posible gracias al equipo interdisciplinario de investigadores que pudieron trabajar en este proyecto. Personas con experiencia en electrónica, microscopía electrónica y tecnología de plasma se han unido bajo el liderazgo del Prof. Jo Verbeeck (grupo de investigación EMAT) y la Prof. Annemie Bogaerts (grupo de investigación PLASMANT) para lograr este importante hito. Como siguiente paso, el equipo quiere seguir desarrollando las capacidades analíticas del instrumento incluyendo detectores adicionales para la caracterización de elementos y estructuras en tiempo real más allá de la obtención de imágenes, lo que podría conducir a nuevos conocimientos en la investigación de la ciencia de los materiales y los fundamentos de la física del plasma.
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