border=0

Untwerp en wurking fan in scan-tunneling mikroskoop

<== foarige artikel |

In scanning tunneling mikroskoop (STM) is yn 1982 makke troch leden fan de IBM ûndersyk fan G. Binnig en H. Rohrer. Hy iepene tige be>

It prinsipe fan 'e operaasje fan' e STM is as folgjend: nei it oerflak fan 'e leitende probe by in karakteristyske interatomyske ôfstân mei in fraksje fan in nanometer, in heulende metaal tip (needle) wurdt fed. As in potensyf ferskil tusken de probleem en de needle oanbrocht wurdt ~ 0.1 1B in aktueel ferskynt yn 'e skeakel (figuer 4.13) feroarsake troch elektroanen tunneling troch de gap tusken har.

Fig. 4.2

Tunnelstrom is ~ 1 10nA, d. hat in wearde dy't eksperimint gemoopt wurde kin.

Om't de wjogger fan 'e tunneling troch de potensjele barriêre eksponentiell op' e breedte fan 'e barriêre ôfhinkt, wurdt de tunnelingstream mei groeiende spalt tusken de needle en it problemenflak Z sjogge eksponentiell en fermindere troch ûngefear in oarder fan grutheid mei ferhege Z foar elke 0,1 nm. De eksponinsjele ôfhinging fan 'e tunnelstream op' e distânsje biedt in hege heech resolúsje fan STM. Oan 'e rin fan' e A is perpendiculaire oan it probleemflier, de oplossing fan 'e STM is ~ nm, en lâns de X, Y achten parallel oan 'e problemenflier, ~ nm. Troch it STM-needel te ferpleatsen lâns de problemenflak, d. Troch it opsjen fan it oerflak, kin men ynformaasje oer it oerflak fan relaasje krije mei atomyske romtlike resolúsje.

Der binne twa opsjes foar de STM-operaasje-modus: konstante hegere modus en konstante aktuele modus. By it operearjen yn 'e konstante hichtemodus draait de tip fan de needle yn in horizontale fleantúch boppe it oerflak om te ûndersiikjen (figuer 4.3a). De tunneling-aktuele feroaring feroaret yn dit gefal en de reliëf fan it probleemflier kin maklik fan dizze feroaringen fêststeld wurde.

Fig. 4.3

By it operearjen yn DC-modus (figuer 4.3b) wurdt in feedback-systeem brûkt, dy't in stânige tunnelingstream behâldt troch de needpunt yn 'e fertikale rjochting te ferpleatsen. Yn dat gefal wurdt ynformaasje oer de oerflak ferfangen op basis fan gegevens oer de beweging fan 'e needleat.

It algemiene skema fan STM is yn 'e ôfbylding werjûn. 4.4.

Fig. 4.4

It brûken fan in grize oanpak en posysjesysteem wurdt it STM-needel oan 'e oerflak ûnder de stúdzje brocht op in ôfstân fan ~ 0,1 μm. Fierderbeweging fan it nadel en de stúdzje fan it oerflak wurdt útfierd troch in spesjale scanapparaat. Dit apparaat is makke fan in piezoelektrike, d. In substansje kin syn lineêre dimensjes wizigje as in elektryske fjild oanwêzich is en it STM-needel ferpleatse kin oer it oerflak fan 'e probleem mei in hege prestaasje.

Ien fan 'e wichtichste knopen fan STM is de needle (tip), dy't dûnd draait makke fan wolfram, vanadium of oare conductive materiaal. Om de eigenskippen fan it tip fan it tip te ferbetterjen wurdt it elektrochemyske eten ûnderwerp. Eksperiminten litte sjen dat it spuit mei in tipradius is om praktyske resolúsje oan te jaan oan 'e atomêre nivo.

De moasjekontrôle fan it scanapparaat en kontrôle oer de wurking fan it feedback systeem wurdt útfierd troch in kompjûter. It wurdt brûkt om de mjitting-resultaten op te nimmen, har ferwurkjen en visualisearjen fan 'e ûndersochte oerflak. Typike resultaten fan stúdzjes dy't útfierd binne mei STM binne yn 'e ôfbylding werjûn. 4.16, dy't de bylden fan molekulen presintearret opsteld op it oerflak fan in koperkrystal. Axis dimensjes binne yn Angstromen ( m).

Rts. 4.5

It is wichtich omtinken dat STM, yn tsjinstelling ta oare elektronmikroskopen, gjin linzen befettet en dêrom it byld krige dat byld is net ferneatige troch ôfwikingen. Dêrnjonken is de enerzjy fan 'e elektroanen dy't it byld ûntstiet yn' e STM, net mear as meardere elektroanen volten, d. It docht bliken dat minder dan de karakteristike gemyske bonding-enerzjy is, dy't de mooglikheid hat foar net-struktuerproses fan 'e probleem ûnder studie. Tink derom dat yn elektronenmikroskopy fan hege resolúsje de enerzjy fan elektronen hûnderten kilo-elektronvolt berikt, wat liedt ta de formaasje fan radiofekdo's.

Op dit stuit binne de folgjende gebieten fan tapassing fan STM be>

Fersprieding fan fysika en chemie op it atomêre nivo;

Nanometry - ûndersyk mei nanometer-resolúsje fan oerflakke wurkleazens, kearnduerproses mei filmwachtwikkeling, chemysk of ion-eten, ôflaat, ensf .;

Nano-techology - ûndersyk en fabryk fan nanometer-sized ynstrumintenstruktueren;

Undersyk fan makromolekulen, firussen en oare biologyske struktueren.

Ofbylding 4.6 lit in ôfbylding fan in "quantum coral reef" mei in diameter fan 14,3 nm, foarme troch Fe atomen op in Cu kristall.

Fig. 4.6 Twa dimensjeare kwantum goed (potinsjele eleminêre oerflakken).

It moat bepaald wurde dat de mooglikheden fan STM farreare oer mikroskopyske taken binne. Hjirmei kinne jo bygelyks atomen meitsje op 'e oerflak en sammelje fan har fan nanometer-keunstmjittige struktueren.

Fig. 4.7 Micro-mechanyske assemblage yn STM (CO-molekulen op platinum).

Fig. 4.8 Micro-mechanyske assemblage yn STM (xenon atomen op nikkel).

Sokke mooglikheden fan STM meitsje it in belofte tool yn 'e ûntwikkeling en oprjochting fan nanotechnology fan' e takomstige generaasje, bygelyks in kwantum komputer. It scanning tunnelingmikroskoop wie de prototype fan in hiele famylje fan mear fergrutte scansmikroskoop.

In scannen atomêre krêftmikroskoop (AFM) is ûntstien op basis fan STM, wêrtroch it mooglik makket om ûndersiikjende stoffen te ûndersykjen, in mikroskoop op magnetyske krêften, wêrtroch it mooglik is om de magnetyske eigenskippen fan it oerflak te studearjen.

Alles dat boppe de STM sein hat, lit ús de folgjende konklúzje meitsje: "It prinsipe fan 'e operaasje fan' e STM is sa ienfâldich, en de potensjele mooglikheden binne sa grut dat it is net mooglik om syn effekt op wittenskip en technology sels yn 'e takomst te praten."

<== foarige artikel |





Sjoch ek:

Praktyske útfiering fan elektro-mikroskopy

Starke effekt

Graphene

Elektron-diffraasje-metoade

Bragg-metoade

Physysk aard fan 'e tunnel-effekt

Physical Basics of SQUID - mikroskopy

Quantum-meganyske ferklearring fan it ferskynsel fan superkonduktiviteit

Meissner-effekt

It gebrûk fan gaos yn ynformaasjebedriuwen

Evolúsjonêre modeling

Quantum-oszillator basearre op elektromechanikaal resonator

Werom nei ynhâldsopjefte: Moderne fûnemintele en tapastlike ûndersyk yn ynstruminten

Views: 12383

11.45.9.63 © edudocs.fun is net de auteur fan de materialen dy't ynbrocht binne. Mar leveret de mooglikheid fan fergees gebrûk. Is der in fertsjinwurdiging fan 'e autoriteit? Skriuw ús | Feedback .