Actividades formativas de Doctorado de la Universidad de Cádiz

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AFM Training Workshop (Taller práctico de AFM)

Organiza: Comisión Académica del Programa de Doctorado en Nanociencia y Tecnologías de Materiales

Inscripción en: https://posgrado.uca.es/doctor
(en este momento no hay plazo abierto para inscripción en este curso)

Coordinación:

Dr. D. HICHAM BAKKALI .

Plazas ofertadas por grupo: 8
Duración: 24 horas (20 h. presenciales)
Modalidad: Mixta (Presencial + virtual) Idioma: Español/Inglés

Lugar de impartición: Facultad de Ciencias / Google Meet
Campus de Puerto Real
Precio de matrícula de este curso: 13.13 euros

Destinatarios
Doctorandos de los Programas de Doctorado en Nanociencias y Tecnologías de Materiales y en Fabricación, Materiales e Ingeniería Ambiental

Descripción general
Fundamentos de la Microscopía de Fuerza Atómica (AFM).

Objetivos
Al finalizar el Taller de AFM, los estudiantes deben conocer los fundamentos de la Microscopía de Fuerza Atómica (AFM), aprendiendo el manejo básico (bajo supervisión) de los microscopios AFM Bruker modelos Multimode 8-HR y Dimension ICON, además de conocer los modos de operación de los microscopios, y el uso del software necesario para el procesamiento de las imágenes obtenidas con él.

Contenidos

Teóricos:

T1. Conceptos generales sobre la técnica AFM. Partes principales del microscopio AFM. Modos básicos de operación topográfica: contacto y tapping.
T2. La curva de fuerza. Peak Force Tapping. Medidas Nanomecánicas Cuantitativas (QNM).
T3. Modos Eléctricos: C-AFM, KPFM y sMIM. Combinación con los modos topográficos.
T4. Otros modos de trabajo: magnético (MFM) y térmico (SThM/Nano-TA).

Prácticos:

P1. Puesta en marcha de un experimento AFM. Obtención de la topografía de una muestra en modo tapping. Introducción al software para el tratamiento de imágenes AFM (Gwyddion) y eliminación de artefactos típicos.
P2. Obtención de la topografía mejorada en modo PeakForce Tapping y de mapas nanomecánicos. Tratamiento e interpretación de imágenes combinadas que incluyan la topografía y la información nanomecánica.
P3. Obtención de mapas de potencial de superficie. Combinación de mapas topográficos y eléctricos.
P4. Obtención de mapas magnéticos y térmicos. Tratamiento de imágenes combinadas topográficas y magnéticas o térmicas.

Prácticas de ordenador:

Tratamiento de imágenes AFM con el software Gwyddion, de código abierto.

Prácticas de laboratorio:

Análisis termo-mecánico de muestras poliméricas compuestas.
Polarización eléctrica de óxidos: efectos en el potencial de superficie medido mediante KPFM.

Competencias básicas y capacidades

Una vez montada una muestra y la sonda apropiada en el Microscopio de Fuerza Atómica (AFM), ser capaz de realizar un experimento mediante esta técnica, obteniendo una imagen topográfica de la superficie de la muestra en combinación con el mapa de propiedades mecánicas, eléctricas, magnéticas o térmicas de dicha superficie. Empleando el programa de procesamiento de imágenes, ser capaz de corregir los posibles artefactos que aparezcan para optimizar la imagen obtenida, y determinar a partir de ella algunas características superficiales básicas (rugosidad, tamaño y distribución de rasgos superficiales, distribución de parámetros mecánicos, eléctricos, magnéticos o térmicos, etc.) según sea necesario en cada caso.

Metodología

Aunque el curso está diseñado para su impartición presencial, se deja abierta la posibilidad de cursarlo en modalidad virtual. Para ello se cuenta con herramientas de compartición de escritorio (para el control de equipos a distancia) y de videoconferencia (Google Meet).

Cada uno de los cuatro primeros días se iniciará con una sesión teórica de 1 h que podrá seguirse indistintamente desde el aula o a través de internet. A continuación, se impartirá un seminario práctico de 3 h simultáneamente desde el aula y a distancia desde el Laboratorio AFM del IMEYMAT. El seminario práctico también podrá seguirse a través de internet, mediante videoconferencia. De cada seminario práctico se derivará una tarea de entrega obligatoria a través del Campus Virtual.

Al finalizar esta primera parte del aprendizaje, los estudiantes se dividirán en dos grupos para realizar el último día una práctica de laboratorio, trabajando en paralelo con cada uno de los dos microscopios disponibles en el Laboratorio de AFM del IMEYMAT. La práctica consistirá en el estudio de una muestra mediante algunos de los modos de trabajo explicados durante las sesiones anteriores. El uso combinado de distintas herramientas de compartición de escritorio permitirá la realización de la práctica de laboratorio también a distancia, de acuerdo con la propuesta establecida en el proyecto de innovación docente de la convocatoria 2022-23, referencia sol-202200229630-tra. De esta práctica de laboratorio, se derivará una tarea de entrega obligatoria a través del Campus Virtual.

Sistema de evaluación
Se considerará superado el curso si se verifican las siguientes condiciones: Asistencia mínima al 80% de las clases teóricas y de los seminarios prácticos. Asistencia a la práctica de laboratorio. Entrega de los trabajos académicos dirigidos que se propongan.

Bibliografía

P. Eaton y P. West, "Atomic Force Microscopy", Oxford University Press (2010).

P. Klapetek, D. Necas y C. Anderson, "Gwyddion User Guide", http://gwyddion.net/documentation/user-guide-en/ (página visitada el 17/05/2023).

Programación (10-07-2023 a 21-07-2023)
10-07-2023	10:00-11:00	Facultad de Ciencias. Aula por determinar / Google Meet	Dr. Hicham Bakkali	Introducción general a la técnica AFM. Partes y funciones del microscopio AFM. Modos contacto y tapping
10-07-2023	11:00-14:00	Facultad de Ciencias. Aula por determinar y Laboratorio AFM del IMEYMAT (mediante conexión por escritorio remoto) / Google Meet	Dr. Hicham Bakkali Dr. Manuel Domínguez de la Vega	Seminario práctico: Puesta en marcha de un experimento AFM. Obtención de imágenes AFM en modo contacto y tapping. Tratamiento y análisis de las imágenes obtenidas con el software de código abierto Gwyddion
11-07-2023	10:00-11:00	Facultad de Ciencias / Google Meet	Hicham Bakkali	La curva de fuerza. PeakForce Tapping. Medidas Nanomecánicas Cuantitativas
11-07-2023	11:00-14:00	Facultad de Ciencias. Aula por determinar y Laboratorio AFM del IMEYMAT (mediante conexión por escritorio remoto) / Google Meet	Hicham Bakkali Manuel Domínguez de la Vega	Seminario práctico: Obtención de imágenes topográficas en modo PeakForce Tapping. Comparación con los métodos tradicionales. Medidas nanomecánicas cuantitativas en una muestra patrón. Tratamiento y análisis con el software Gwyddion de las imágenes obtenidas
12-07-2023	10:00-11:00	Facultad de Ciencias. Aula por determinar / Googel Meet	Hicham Bakkali	Modos de trabajo eléctricos: Conductive-AFM, KPFM y s-MIM
12-07-2023	11:00-14:00	Facultad de Ciencias. Aula por determinar y Laboratorio AFM del IMEYMAT (mediante conexión por escritorio remoto) / Google Meet	Hicham Bakkali Manuel Domínguez de la Vega	Seminario práctico: Obtención de imágenes topográficas de AFM en combinación con mapas de propiedades eléctricas: conductividad, potencial de superficie, etc. Tratamiento y análisis con el software Gwyddion de las imágenes obtenidas
13-07-2023	10:00-11:00	Facultad de Ciencias. Aula por determinar / Google Meet	Hicham Bakkali	Otros modos de imagen derivados del AFM: modos magnéticos (MFM) y/o térmicos (SThM, NanoTA)
13-07-2023	11:00-14:00	Facultad de Ciencias. Aula por determinar y Laboratorio AFM del IMEYMAT (mediante conexión por escritorio remoto) / Google Meet	Hicham Bakkali Manuel Domínguez de la Vega	Obtención de imágenes en modo magnético (MFM) o térmico (SThM). Experimentos NanoTA. Tratamiento y análisis con el software Gwyddion de las imágenes obtenidas
14-07-2023	10:00-14:00	Laboratorio AFM del IMEYMAT / Google Meet. Control del microscopio a distancia mediante herramientas de compartición de escritorio	Hicham Bakkali Manuel Domínguez de la Vega	Práctica de Laboratorio: Realización en grupo con un máximo de 4 personas/grupo. Se trabajará con muestras previamente preparadas cuyo proceso de elaboración se explicará convenientemente. Las muestras se estudiarán con algunas de las técnicas explicadas en las sesiones anteriores, todas disponibles en los microscopios AFM del IMEYMAT, obteniendo así las imágenes apropiadas en cada caso. Las imágenes obtenidas deberán ser procesadas a posteriori por cada estudiante para elaborar un informe individual de la práctica realizada. El plazo para la elaboración y entrega del informe, que se realizará a través del campus virtual, será de una semana (hasta el 21/7/2023)

Información adicional

Profesores:

Dr. Hicham Bakkali (Departamento de Ciencia de los Materiales e Ingeniería Metalúrgica y Química Inorgánica)

Dr. Manuel Domínguez de la Vega (Departamento de Física de la Materia Condensada)