SPM Scanning Probe Microscopy Mikroskopia skanującej sondy STM Scanning Tunneling Microscopy Skaningowa mikroskopia tunelowa AFM Atomic Force

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "SPM Scanning Probe Microscopy Mikroskopia skanującej sondy STM Scanning Tunneling Microscopy Skaningowa mikroskopia tunelowa AFM Atomic Force"

Amalia Niewiadomska
6 lat temu
Przeglądów:

1 SPM Scanning Probe Microscopy Mikroskopia skanującej sondy STM Scanning Tunneling Microscopy Skaningowa mikroskopia tunelowa AFM Atomic Force Microscopy Mikroskopia siły atomowej MFM Magnetic Force Microscopy Mikroskopia siły magnetycznej itd...

2 STM Scanning Tunneling Microscopy Skaningowa mikroskopia tunelowa

3 nigdy nie będziemy eksperymentowali z pojedynczym elektronem, atomem czy cząsteczką There's Plenty of Room at the Bottom...manipulowanie i kontrolowanie rzeczy w małej skali stało się możliwe z rozwojem metod ze skanującą sondą SPM (STM, AFM, MFM...) 1986 Binnig i Rohrer otrzymali Nagrodę Nobla z fizyki.

Prawdopodobieństwo T tunelowania elektronu przez prostokątną barierę potencjału V (x) φ2 φ1 E F 0 d x I ev Prąd tunelowania = ρs ( r, E) ρt ( r, ev, E) T ( E, ev, r) de 0 próbki

4 Prawdopodobieństwo T tunelowania elektronu przez prostokątną barierę potencjału V (x) φ2 φ1 E F 0 d x I ev Prąd tunelowania = ρs ( r, E) ρt ( r, ev, E) T ( E, ev, r) de 0 próbki ostrza Gęstość stanów 2 P = P0 exp 2m V E d h ( ) P 0 -stały współczynnik bliski jedności, m - masa elektronu, V - wysokość bariery potencjału, E - energia elektronu d - szerokość bariery.

5 Prąd tunelowy I V T d e A W d V T - napięcie tunelowania (ok. 0.5 V) d - odległość ostrze - próbka (ok. 1 nm) W - praca wyjścia elektronu (ok. 5 ev) A = ev -1/2 nm -1 Prąd tunelowania / na Odległość próbka ostrze / nm

6 Spektroskopia tunelowa Próbka na ujemnym potencjale badane są obsadzone stany w próbce Próbka na dodatnim potencjale badane są puste stany w próbce

9 Mechanizm zbliżania Skaner Komputer Cyfrowy procesor sygnału Kontroler Interfejs Sonda Izolacja drgań Detektor Karta Grafiki Monitor graficzny Monitor kontrolny

10 Skaner piezoelektryczny Elektroda

11 Skaner rurkowy Elektroda metaliczna Piezoelektryk Masa

12 Transportowanie próbki. Prędkość rzędu mm/s.

14 Ostrze mikroskopu. Promień krzywizny ostrza ok. 1 nm

15 Ostrze przed i po wytrawieniu.

16 Ostrze

17 Dwa tryby pracy STM. Tryb pracy ze stałą wysokością ostrza. Tryb pracy ze stałym prądem.

18 Praca ze stałą wysokością ostrza. Prąd tunelowania Droga ostrza próbka

19 Cechy pracy w trybie stałej wysokości: Wysokość tip - próbka utrzymywana jest na stałym poziomie z dokładnością do kilku setnych angstrema. Zaleta: ten tryb jest szybszy, ponieważ układ nie musi zmieniać wysokości ostrza. Wada: tryb użyteczny tylko w przypadku skanowania dostatecznie gładkich powierzchni.

20 Praca ze stałym prądem. Stały prąd tunelowania Droga ostrza próbka

21 Cechy pracy w trybie stałego prądu: Zaleta: ten tryb pozwala na dużą precyzję pomiaru nierówności powierzchni. Wada: tryb wolniejszy od poprzedniego, ze względu na konieczność sterowania wysokością ostrza.

22 Wpływ struktury elektronowej próbki na obserwowaną topografię

24 Cu

25 Au(001)-hex

26 Tarasy zrekonstruowanej powierzchni Si (111) 7 x 7.

27 Co widzimy w obrazach STM GaAs(110) (1x1) Atomy Ga Atomy As Feenstra and Stroscio PRL 59, 2173 (1987)

28 Na powierzchni GaAs, orbitale As są w pełni obsadzone a orbitale Ga całkowicie puste. Schemat pasm energetycznych Stany zapełnione są zlokalizowane wokół As a stany puste wokół Ga. Przerwa

29 tip na potencjale ujemnym Stany próbki tip na potencjale dodatnim Stany próbki obsadzone stany tipu Bariera próżniowa puste stany Ga Przerwa energetyczna puste stany tipu As obsadzone stany próbkujemy puste stany zlokalizowane wokół Ga obsadzone stany As próbkujemy obsadzone stany zlokalizowane wokół As

30 Fe 3 O 4 - struktura odwróconego spinelu V = +0.8V V = -1.5V 20x20nm 2

31 Manipulowanie atomami podnoszenie atomu opuszczenie atomu

33 Spektroskopia tunelowa

34 I Prąd tunelowania Prawdopodobieństwo przejścia złota reguła Fermiego = 2πe h 2 2 π w = M δ ( E tip E sample ) h Sumowanie po wszystkich stanach t, s t, s f ( E t )[1 f ( E s + ev )] M t 2, s δ ( Etip Esample) Element macierzowy przejścia M 2 T Ψ t, s t s 2 Ψ 2 Dla pasm, przybliżając funkcję Fermiego schodkiem I ev = ρs ( E) ρt ( ev, E) T ( E, ev ) de 0 próbki ostrza Gęstość stanów

T ( E, ev ) de di dv 0 = ρ ( ev ) ρ (0) T ( ev, ev ) + ρ ( E) ρ ( ev s t di dv

35 Próbka na dodatnim potencjale badane są puste stany w próbce Próbka na ujemnym potencjale SiC I badane są obsadzone stany w próbce ev = ρs ( E) ρt ( ev + E) T ( E, ev ) de di dv 0 = ρ ( ev ) ρ (0) T ( ev, ev ) + ρ ( E) ρ ( ev s t di dv ev 0 s ρ s (ev ) (E mierzone względem poziomu Fermiego) t T ( E, ev ) + E) de dv

37 Spektroskopia na pojedynczych cząsteczkach E F Kanał elastyczny ev=hν di/dv Kanał nieelastyczny Metal A (ostrze) Metal B (próbka) di 2 /dv 2 V V

38 B.C. Stipe, M.A. Rezaei, W. Ho Science 280 (1998) 1732 Spektroskopia na pojedynczych cząsteczkach Acetylen na Cu(100) Topografia I C 2 H 2 C 2 D 2 d 2 I/dV mv d 2 I/dV mv d 2 I/dV mv

39 Obserwacja próbek biologicznych. Obraz (236nm x 192 nm) nici DNA poddanych liofilizacji i pokrytych przewodzącą warstwą Pt-Ir-C.

Podobne dokumenty

Podstawy fizyki wykład 2

Podstawy fizyki wykład 2 D. Halliday, R. Resnick, J.Walker: Podstawy Fizyki, tom 5, PWN, Warszawa 2003. H. D. Young, R. A. Freedman, Sear s & Zemansky s University Physics with Modern Physics, Addison-Wesley Publishing Company,