Determination of nanomechanical properties of surfaces by atomic force microscopy using higher harmonics

Esta tesis doctoral titulada "Determinación de las propiedades nanomecánicas de las superficies mediante microscopía de fuerza atómica utilizando armónicos superiores" trata de los problemas relacionados con la determinación de las propiedades mecánicas de los materiales a escala nanométrica. Hoy en día, los desafíos tecnológicos están cada vez más relacionados con dispositivos miniaturizados y existe un gran interés en el desarrollo de métodos precisos y no destructivos para caracterizar la respuesta mecánica del material con precisión nano-métrica. La ciencia de la superficie y la ciencia de los materiales han recibido en general un gran impulso gracias a la introducción de técnicas de caracterización estandár y originales basadas en microscopía con sonda de barrido. Entre ellas, en los últimos años, los métodos dinámicos de AFM basados en el enfoque multi-frequencia y multi-armónicos han despertado un gran interés, incluso si todavía no se tiene una comprensión profunda de la información generada por este tipo de señales. El objetivo de la tesis es dar una idea de esta nueva familia de técnicas de caracterización y presentar nuevas perspectivas con respecto al uso de armónicos superiores en imágenes de AFM estándar. En primer lugar, se presenta una breve descripción de los principales aspectos teóricos de las interacciones sonda-superficie a lo largo de una descripción de los principales modelos de mecánica de contacto relevante, para contextualizar y comprender los efectos que pueden influir en este tipo de estudio y sus resultados experimentales y de simulación . La siguiente parte está dedicada a una perspectiva exhaustiva del estado del arte de los métodos experimentales utilizados para determinar las propiedades mecánicas a escala micro/nano, incluidos los métodos basados en indentaciones y los métodos basados en AFM. Esta visión general tiene el objetivo de dar una idea de lo que ofrece el panorama sobre la caracterizacíon nanomecánica, cuáles son las fortalezas y los límites reales. El núcleo de la tesis consiste en la presentación de los métodos experimentales y los logros con respecto al desarrollo de un nuevo método de caracterización de AFM, basado en la monitorización de la amplitud de armónicos superiores durante la exploración de modulación de amplitud. Ha sido posible estudiar sistemáticamente la influencia de los parámetros de trabajo comunes en la intensidad de los armónicos superiores resonantes, combinando la simulación teórica con lo