Авиационно инженерство Административно право Административно право Беларус Алгебра Архитектура Безопасност на живота Въведение в професията „психолог” Въведение в икономиката на културата Висша математика Геология Геоморфология Хидрология и хидрометрия Хидросистеми и хидравлични машини Културология Медицина Психология икономика дескриптивна геометрия Основи на икономически т Oria професионална безопасност Пожарна тактика процеси и структури на мисълта, Професионална психология Психология Психология на управлението на съвременната фундаментални и приложни изследвания в апаратура социалната психология социални и философски проблеми Социология Статистика теоретичните основи на компютъра автоматично управление теория на вероятностите транспорт Закон Turoperator Наказателно право Наказателно-процесуалния управление модерна производствена Физика Физични феномени Философски хладилни инсталации и екология Икономика История на икономиката Основи на икономиката Икономика на предприятията Икономическа история Икономическа теория Икономически анализ Развитие на икономиката на ЕС Спешни ситуации ВКонтакте Однокласници Моят свят Facebook LiveJournal Instagram
border=0

Проектиране и работа на сканиращ тунелен микроскоп

<== предишна статия |

Сканиращ тунелен микроскоп (STM) е създаден през 1982 г. от членове на изследователския отдел на IBM на G. Binnig и H. Rohrer. Той откри много перспективни възможности за научни и приложни изследвания в областта на нанотехнологиите и е първото техническо устройство, с помощта на което се извършва визуална визуализация на атоми и молекули. За създаването на STM G. Binnig и H. Rohrer през 1986 г. са удостоени с Нобелова награда по физика.

Принципът на действие на STM е както следва: към повърхността на проводимата проба при характерно междуатомно разстояние съдържащ част от нанометър, се подава много тънък метален връх (игла). Когато между пробата и иглата е приложена разлика в потенциала ~ 0.1 1В във веригата се появява ток (фиг. 4.13), причинен от тунелиране на електрони през процепа между тях.

Фиг. 4.2

Токът в тунела е ~ 1 10nA, т.е. има стойност, която може да бъде измерена експериментално.

Тъй като вероятността за тунелиране през потенциалната бариера зависи експоненциално по ширината на бариерата, тунелният ток с нарастваща пролука между иглата и повърхността на пробата Z намалява експоненциално и намалява с около порядък с увеличаване на Z на всеки 0,1 nm. Експоненциалната зависимост на тунелния ток от разстоянието осигурява изключително висока резолюция на STM. По оста Z, перпендикулярна на повърхността на пробата, разделителната способност на STM е ~ nm, и по осите X, Y, успоредни на повърхността на пробата, ~ нм. Чрез преместване на STM иглата по протежение на повърхността на пробата, т.е. Чрез сканиране на повърхността може да се получи информация за повърхностния релеф с атомна пространствена резолюция.

Има два варианта за режим на работа STM: режим на постоянна височина и режим на постоянен ток. При работа в режим на постоянна височина, върхът на иглата се движи в хоризонтална равнина над повърхността, която трябва да се изследва (фиг. 4.3а). Тунелният ток се променя в този случай и релефът на повърхността на пробата може лесно да се определи от тези промени.

Фиг. 4.3

При работа в режим DC (фиг. 4.3b) се използва система за обратна връзка, която поддържа постоянен тунелен ток чрез преместване на върха на иглата във вертикална посока. В този случай информацията за повърхностния релеф се получава въз основа на данни за движението на иглата.

Общата схема на STM е показана на фиг. 4.4.

Фиг. 4.4

Използвайки груба подход и система за позициониране, STM иглата се довежда до изследваната повърхност на разстояние ~ 0.1 μm. По-нататъшното движение на иглата и изследването на повърхността се извършват с помощта на специално сканиращо устройство. Това устройство е направено от пиезоелектрик, т.е. вещество, способно да променя линейните си размери, когато към него е приложено електрическо поле, и позволява на STM иглата да се движи по повърхността на пробата с много висока точност.

Един от най-важните възли на STM е иглата (върха), която се използва като тънка тел от волфрам, ванадий или друг проводящ материал. За да се подобрят характеристиките на върха на върха, той се подлага на електрохимично ецване. Експериментите показват, че ецването на върха с радиус на върха Практически осигурява резолюция на атомно ниво.

Управлението на движението на сканиращото устройство и управлението на работата на системата за обратна връзка се извършва от компютър. Използва се за записване на резултатите от измерването, тяхната обработка и визуализация на изследваната повърхност. Типични резултати от проучвания, извършени със STM, са показани на Фиг. 4.16, която представя изображенията на молекули адсорбирани върху повърхността на меден кристал. Размерите на оста са в ангстремите ( т).

Rs. 4.5

Важно е да се отбележи, че STM, за разлика от други електронни микроскопи, не съдържа лещи и следователно полученото в него изображение не се нарушава поради аберации. Освен това, енергията на електроните, формиращи изображението в STM, не надвишава няколко електронови волта, т.е. Оказва се, че е по-малка от характерната химична енергийна връзка, която осигурява възможност за безразрушителен контрол на изследваната проба. Припомнете си, че при електронна микроскопия с висока резолюция енергията на електроните достига стотици кило-електронволта, което води до образуване на радиационни дефекти.

Понастоящем следните области на прилагане на STM са обещаващи:

• Физика на повърхността и химия на атомно ниво;

· Нанометрия - изследване с нанометрово разделяне на грапавостта на повърхността, процеси на нуклеация с нарастване на филма, химично или йонно ецване, отлагане и др .;

· Нанотехнологии - изследване и производство на нанометрови инструменти;

· Изследване на макромолекули, вируси и други биологични структури.

Фигура 4.6 показва изображение на "квантов коралов риф" с диаметър 14.3 nm, образуван от Fe атоми върху Cu кристал.

Фиг. 4.6 Двумерна квантова яма (потенциални електронни повърхности).

Трябва да се отбележи, че възможностите на СТМ отиват далеч отвъд чисто микроскопичните задачи. С него например може да се накарат атомите да се движат по повърхността и да събират от тях изкуствени структури на нанометър.

Фиг. 4.7 Микромеханичен монтаж в STM (CO молекули върху платина).

Фиг. 4.8 Микромеханичен монтаж в STM (ксенонови атоми върху никел).

Такива възможности на СТМ го правят обещаващ инструмент в разработването и създаването на нанотехнологиите на бъдещото поколение, например, квантов компютър. Сканиращият тунелен микроскоп е прототип на цялото семейство от по-напреднали сканиращи микроскопи.

На базата на STM е създаден сканиращ атомно-силов микроскоп (АСМ), който позволява да се изследват непроводящи вещества, микроскоп върху магнитни сили, което дава възможност да се изследват магнитните свойства на повърхността.

Всичко казано по-горе за STM ни позволява да направим следното заключение: "Принципът на действие на STM е толкова прост, а потенциалните възможности са толкова големи, че е невъзможно да се предвиди ефектът му върху науката и технологиите дори в близко бъдеще."

<== предишна статия |





Вижте също:

литература

Сензори и микроактуатори, базирани на MEMS технологии

Обща характеристика на организацията и функционирането на сензорните системи на живите обекти

фулерени

Физически основи на твърдотелна наноелектроника

Физични основи на методите на рентгеновия анализ

Мейснер ефект

Физико-химична основа за изграждане на биосензори на базата на конзоли

Използването на хаос в устройствата за обработка на информация

Квантов осцилатор на базата на електромеханичен резонатор

Методи за изследване на наноматериали и наноструктури

Ефект на квантовата зала

Практическо приложение на електронната микроскопия

Връщане към съдържанието: Съвременни фундаментални и приложни изследвания в приборостроенето

Видян: 11958

11.45.9.51 © ailback.ru не е автор на публикуваните материали. Но предоставя възможност за безплатно ползване. Има ли нарушение на авторските права? Пишете ни Обратна връзка .