2 Omezení optické mikroskopie. 3 Skenovací tunelovací mikroskopie. 4 Mikroskopie atomárních sil. 5 Artefakty a jejich korekce 7 NSOM

Podobne dokumenty
Geometrická nelinearita: úvod

kontaktní modely (Winklerův, Pasternakův)

IEL Přechodové jevy, vedení

Aproximace funkcí 1,00 0,841 1,10 0,864 1,20 0,885. Body proložíme lomenou čarou.

Numerické metody 8. května FJFI ČVUT v Praze

Katedra stavebních hmot a hornického stavitelství VŠB - Technická univerzita Ostrava Pavel Mec

Anna Kratochvílová Anna Kratochvílová (FJFI ČVUT) PDR ve zpracování obrazu / 17

Rovnice proudění Slapový model

Biosignál II. Lékařská fakulta Masarykovy univerzity Brno

Robotika. 18. února Ing. František Burian

Funkce zadané implicitně. 4. března 2019

Vybrané kapitoly z matematiky

Edita Pelantová, katedra matematiky / 16

AFM. Mikroskopia sił atomowych

FAKULTA STAVEBNÍ. Stavební statika. Telefon: WWW:

NÁVOD K POUŽITÍ KEZELÉSI KÉZIKÖNYV INSTRUKCJA OBSŁUGI NÁVOD NA POUŽÍVANIE. Česky. Magyar. Polski. Slovensky

Jednoduchá zobrazení. Podpořeno z projektu FRVŠ 584/2011.

Register and win!

POLIURETANOWE SPRĘŻYNY NACISKOWE. POLYURETHANOVÉ TLAČNÉ PRUŽINY

Jednoduchá zobrazení. Podpořeno z projektu FRVŠ 584/2011.

HAKA watertech 6/2011

Teorie plasticity. Varianty teorie plasticity. Pružnoplastická matice tuhosti materiálu

Plyny v dynamickém stavu. Jsou-li ve vakuovém systému různé teploty, nebo tlaky dochází k přenosu energie, nebo k proudění plynu.

Biofyzikální ústav Lékařské fakulty Masarykovy univerzity Brno

Periodický pohyb obecného oscilátoru ve dvou dimenzích

Kristýna Kuncová. Matematika B2

Powyższe reguły to tylko jedna z wersji gry. Istnieje wiele innych wariantów, można też ustalać własne zasady. Miłej zabawy!

K618 - Materiály prosince Tomáš Doktor (18MRI1) Dynamické zkoušky 10. prosince / 26

Obsah. Zobrazení na osmistěn. 1 Zobrazení sféry po částech - obecné vlastnosti 2 Zobrazení na pravidelný konvexní mnohostěn

Zásuvný modul QGISu. QGIS plugin pro práci s katastrálními daty

Płyty gipsowo-włóknowe FERMACELL Katalog akustyczny konstrukcji FERMACELL

1 Soustava lineárních rovnic

Linea rnı (ne)za vislost

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

5. a 12. prosince 2018

ČVUT v Praze, katedra geomatiky. zimní semestr 2014/2015

Referenční plochy. Podpořeno z projektu FRVŠ 584/2011.

Co nám prozradí derivace? 21. listopadu 2018

Matematika III Stechiometrie stručný

Obecná orientace (obvykle. Makroskopická anizotropie ( velmi mnoho kluzných rovin )

Komplexní analýza. Martin Bohata. Katedra matematiky FEL ČVUT v Praze Martin Bohata Komplexní analýza Mocninné řady 1 / 18

K SAMOSTATNÉ MODULOVÉ SCHODY MONTÁŽI. asta

Kristýna Kuncová. Matematika B2 18/19. Kristýna Kuncová (1) Vzorové otázky 1 / 36

Kapitola 4: Soustavy diferenciálních rovnic 1. řádu

Paradoxy geometrické pravděpodobnosti

Fakulta biomedic ınsk eho inˇzen yrstv ı Teoretick a elektrotechnika Prof. Ing. Jan Uhl ıˇr, CSc. L eto 2019

Vybrané kapitoly z moderní optiky

Energetické principy a variační metody ve stavební mechanice

Numerické metody minimalizace

XXXIII Olimpiada Wiedzy Elektrycznej i Elektronicznej Krosno 2010

Paralelní implementace a optimalizace metody BDDC

Kristýna Kuncová. Matematika B2 18/19

47035VD CS Návod k použití 2 PL Instrukcja obsługi 33

Zwój Prawoskrętny. Vinutí Pravé

Mikroskopia skaningowa tunelowa i siłowa

DFT. verze:

Mechanika. Použité pojmy a zákony mohou být použity na jakékoliv mechanické stroje.

CS Návod k použití 2 Chladnička s mrazničkou PL Instrukcja obsługi 23 Chłodziarko-zamrażarka S93820CMX2

Kombinatorika a grafy I

Základní elektrotechnická terminologie,

Návod k použití BUBNOVÁ SUŠIČKA

Úvodní informace. 18. února 2019

SYNTHOS PS GPPS HIPS

Automatové modely. Stefan Ratschan. Fakulta informačních technologíı. Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

HL24285SMART. Návod k použití Návod na použitie Instrukcja obsługi Használatı utasítás. Licensed by Hyundai Corporation, Korea

Kristýna Kuncová. Matematika B3

Necht je funkce f spojitá v intervalu a, b a má derivaci v (a, b). Pak existuje bod ξ (a, b) tak, že f(b) f(a) b a. Geometricky

CHEMIE PRO NEJLEPŠÍ. Masarykova Universita, Brno

Návod k použití Instrukcja obsługi Návod na používanie


1 k. AFM: tryb bezkontaktowy

ULS4805FE. Návod k použití Návod na použitie Instrukcja obsługi Instruction Manual Használatı utasítás. Licensed by Hyundai Corporation, Korea

Inverzní Z-transformace

návod k použití instrukcja obsługi manual de instruções návod na používanie

Návod k obsluze 2 Ďäçăßĺň ńţóçň 10 Instrukcja obsugi 18 Kullanma Kýlavuzu 26

FAVORIT naczyń

Regulátory teploty pro klimatizaci Regulatory klimatyzacji

návod k použití instrukcja obsługi návod na používanie

návod k použití használati útmutató instrukcja obsługi návod na používanie

F88030VI. Instrukcja obsługi

DXDB 215 NÁVOD K POUŽITÍ NÁVOD NA POUŽITIE INSTRUKCJA OBSŁUGI USER MANUAL

CCBS1345-LP / CCBS1345-MP Kamera o wysokiej rozdzielczości z przełącznikiem dzień/noc i przetwornikiem obrazu 1/3

Použití mikrovln v termojaderném

Pharo Whirlpool Serie 200

B. Patzák verze 01. Direct Approach to FEM

FAVORIT Instrukcja obsługi

Skraplacze wyparne. Odpaøovací kondenzátory D 127/3-5 PL/CZ

návod k použití instrukcja obsługi návod na používanie

Laplaceova transformace

Stavový popis Stabilita spojitých systémů (K611MSAP) Katedra aplikované matematiky Fakulta dopravní ČVUT. čtvrtek 20. dubna 2006

MATEMATIKA 3. Katedra matematiky a didaktiky matematiky Technická univerzita v Liberci

EOL5821 EOR CS TROUBA NÁVOD K POUŽITÍ 2 PL PIEKARNIK INSTRUKCJA OBSŁUGI 30

Internet a zdroje. (Zdroje na Internetu) Mgr. Petr Jakubec. Katedra fyzikální chemie Univerzita Palackého v Olomouci Tř. 17.

SANTO KG. mrazničkou

Instrukcja obs³ugi Serwosilników ED / EK firmy STÖBER

podle přednášky doc. Eduarda Fuchse 16. prosince 2010

Mikroskopia Sił Atomowych AFM Atomic Force Microscopy

NOWOCZESNE TECHNIKI BADAWCZE W INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ. Beata Grabowska, pok. 84A, Ip

Vlastnosti. Příprava. Czech - 2 -

Univerzita Palackého v Olomouci

Transkrypt:

1 Úvod 2 Omezení optické mikroskopie 3 Skenovací tunelovací mikroskopie 4 Mikroskopie atomárních sil 5 Artefakty a jejich korekce 6 Další metody 7 NSOM

Úvod Historie důvod pro vyvíjení nových technik omezení rozlišení světelné mikroskopie (λ/2) první návrhy Synge, 1928, světelný princip experimentální ověření jeho závěrů O Keefe, 1956, centimetrové vlny první mikroskop Young, Topografiner, 1972, elektrický princip první úspěšná realizace G. Binnig a H. Rohrer, 1981, tunelování STM nejvýznamnější metoda AFM, 1986

Omezení optické mikroskopie Rozlišení v optické mikroskopii nejmenší vzdálenost dvou bodů, kterou ještě rozlišíme závisí na vlnové délce světla λ a indexu lomu n na vzduchu přibližně λ/2, tj. 250 nm pro zelené světlo zvýšení rozlišení lze dosáhnout: snížením λ např. elektronová mikroskopie zvýšením n imerze (jen zanedbatelné)

Omezení optické mikroskopie Blízké pole existuje ještě jeden způsob blízké pole uvedené vztahy platí pro vzdálenost d λ Bude-li d < λ, informace se nestihne rozmáznout a můžeme získat úplnou informaci o vzorku. Protože by konstrukce mikroskopu s klasickým objektivem ve vzdálenosti pár nm od vzorku byla obtížná (drsnost), používá se ostrý hrot a skenování postupný sběr světelné informace lokálně po jednotlivých bodech.

Omezení optické mikroskopie Charakteristické vlastnosti měření bod po bodu skenování působení lokálních interakcí, rozlišení nezávisí na λ sběr informace jednotky až stovky nm od vzorku trojrozměrný obraz až s atomárním rozlišením citlivost na povrch vzorků měření jen upevněných vzorků necitlivost na chemickou podstatu exaktní interpretace mnoha metod vyžaduje teoretické modely

Skenovací tunelovací mikroskopie Skenovací tunelovací mikroskopie Vzorek Hrot využívá průchodu elektrického proudu d mezi hrotem a vzorkem není kontakt dochází k tunelování elektronů pravděpodobnost tunelování E F φ Vzorek Vakuum Hrot E F P e 2 2m(E V) d v případě shodných kovů a nulového napětí je P = P po přiložení napětí V prochází měřitelný proud pa

Skenovací tunelovací mikroskopie Princip měření využívá se skenování (bod po bodu), obraz se sestavuje postupně počítačem měří se proud režim s konstantní výškou ukládá se trojice (x, y, I) velice rychlý, velké změny proudu možnost poškození hrotu režim s konstantním proudem udržuje konstantní proud I 0 ukládá se trojice (x, y, z) pomalejší, vyžaduje zpětnou vazbu nepožaduje extrémně rovný povrch

Skenovací tunelovací mikroskopie Konstrukce STM mikroskopu hrot vodivý a ostrý drát, až jeden atom na špičce nejčastěji wolfram nebo Pt-Ir důležitým parametrem je koncový poloměr a čistota hrotu skener pohybové zařízení musí mít dobrou přesnost piezokeramický různé konstukční typy, často trubičkové detektor ampérmetr elektronika zdroj napětí, řídicí počítač pevná mechanická konstrukce tlumení vibrací

Skenovací tunelovací mikroskopie Skener skener pohybové zařízení musí mít dobrou přesnost piezokeramický různé konstukční typy, často trubičkové velké rozlišení pohybu v ose z až 0,001 nm v osách x a y až 0,01 nm nutnost nezávislého pohybu ve všech třech osách rozsahy pohybu laterálně do 100 µm, vertikálně do 20 µm relativně pomalé 250 µm/s lze také na jiných principech

Skenovací tunelovací mikroskopie Aplikace STM Si vzorek musí být (polo)vodivý HOPG

Mikroskopie atomárních sil Mikroskopie atomárních sil využívá silového působení mezi atomy nevyžaduje vodivý vzorek místo měření proudu měří ohnutí nosníku Nosník Síla kontaktní režim r 0 Vzdálenost Hrot bezkontaktní režim

Mikroskopie atomárních sil Kontaktní režim hrot je v přímém kontaktu se vzorkem kontakt hrotu se vzorkem může vést k poškození vzorku laterálním pohybem uvolnění vzorku deformaci vzorku přítlačnou silou poškození vrcholu hrotu (otupení) kontaminace hrotu v případě biologických vzorků statická detekce může být citlivější na některé rušivé vlivy (např. interference)

Mikroskopie atomárních sil Dynamické režimy bez stálého kontaktu řešení problémů měření ve větší vzdálenosti slabé síly slabý signál dynamické režimy Síla kontaktní režim r 0 Vzdálenost bezkontaktní režim

Mikroskopie atomárních sil Dynamické režimy bez stálého kontaktu řešení problémů měření ve větší vzdálenosti slabé síly slabý signál dynamické režimy nosník je nuceně rozkmitáván (piezokeramika) volný nosník má rezonanční frekvenci ω r = k m vlivem vzorku se mění rezonanční frekvence nosníku ( ) ω r keff k F = m = z ( r) ω 0 1 F z( r) m 2k registruje se změna stavu (A, f, φ) vlivem gradientu síly

Mikroskopie atomárních sil Dynamické režimy bez stálého kontaktu detekce poklesu amplitudy A frekvence f bud je konstantní setpoint r = A A 0 velikost r určuje sílu interakce f 0 f bud A A0 f robustní technika s jednoduchou konstrukcí (oscilátor, lock-in detektor) obtížné získání informace o F z (mění se f 0 i A)

Mikroskopie atomárních sil Bezkontaktní režim parametry režimu vzdálenost hrotu 10 nm využití přitažlivých sil amplituda kmitů je menší než vzdálenost hrotu ( 1 nm) síly pn nn interakci zprostředkovávají síly dlouhého dosahu (van der Waalsovy, elektrostatické apod.) chemické s krátkým dosahem v ideálním případě nedojde ke kontaktu se vzorkem nosník musí být hodně tuhý, aby nedošlo k zachycení ve vrstvě vody (energie 1 2 ka2 ) při malých amplitudách problémy s nestabilitou snadná linearizace teorie

Mikroskopie atomárních sil Semikontaktní režim princip podobný jako u nekontaktního režimu kmitání na volné rezonanční frekvenci amplituda kmitů tak velká, že dochází k periodickému kontaktu hrotu se vzorkem velká amplituda zabraňuje zachycení hrotu působí i odpudivé interakce laterální posuv nezpůsobí poškození silná interakce může vést k deformaci povrchu složitější teorie než u bezkontaktního režimu Vzorek

Mikroskopie atomárních sil Způsoby měření Obdobně jako v kontaktním režimu: s konstantním signálem využívá zpětnou vazbu ke změně výšky hrotu, uchovává trojici (x, y, z V piezo ) možnost měření chybového signálu 1 konstantní amplituda (AM-AFM) běžný setpoint 50 % 2 konstantní frekvenční posuv (FM-AFM) řádově 100 Hz při f 0 100 khz s konstantní výškou stálá výška hrotu, uchovává trojici typu (x, y, A )

Mikroskopie atomárních sil Konstrukce AFM mikroskopu stavba kopíruje konstrukci STM hrot nejčastěji je integrovaný s nosníkem materiály Si, Si 3 N 4, příp. opatřené vrstvou koncové poloměry 10 nm, lepší jen dalším zpracováním využití nanotrubiček potřeba detektoru ohnutí laserová páka, piezonosníky Laser Detektor Zrcátko Skener Nosník Hrot

Mikroskopie atomárních sil Příprava vzorků pevné materiály jen vhodné rozměry a vyhovující pevnost, nelepivé, očištěné práškové materiály nutnost částice nanést na vhodný povrch volba roztoku (nejlépe voda) vliv podmínek vysoušení teplota, doba deformace částic na podložce dispergace částic, použití UZ selekce velikostí způsobem přípravy selekce výběrem místa měření (velké shluky obtížně měřitelné) možnost ovlivnění i upevněním (magnetické částice)

Mikroskopie atomárních sil Aplikace AFM

Mikroskopie atomárních sil Monovrstvy částic latexu kalibrační kuličky 1,1 µm velmi snadno tvoří monovrstvy

Mikroskopie atomárních sil Semikontaktní a kontaktní režim tkanina z nanovláken

Mikroskopie atomárních sil Semikontaktní a kontaktní režim tkanina z nanovláken

Mikroskopie atomárních sil Atomární a subatomární rozlišení Si 7 7, NC-AFM obrácené role vzorek HOPG, hrot W, vakuum, 4,2 K rozlišení 77 pm

Mikroskopie atomárních sil Spektroskopie sil Síla měří závislost ohnutí na vzdálenosti (F d křivka) a b vzdálenost vzorek vzorek b kvalitativní posouzení charakteru Síla přímé měření působících sil (při známé tuhosti) rozlišení různých materiálů vliv adsorbované vody d vzdálenost c vzorek Síla voda c projevy hystereze mazadlo c 1 d 2 d 1 c 2 vzdálenost c 2 c 1 mazadlo vzorek

Mikroskopie atomárních sil Využití spektroskopie velikost adheze přítomnost vrstev studium molekul síla mezimolekulových vazeb elasticita molekul materiálové vlastnosti plastické a elastické deformace Youngův modul pružnosti měření tvrdosti kombinace s nanoindentory

Artefakty a jejich korekce Artefakty zobrazení prostorová konvoluce zkreslení vlivem konečné tloušt ky hrotu ovlivňuje i výsledné rozlišení projeví se vznikem opakujících se struktur

Artefakty a jejich korekce Rozlišení AFM schopnost atomárního rozlišení skutečné at. rozlišení v současnosti v nekontaktním režimu často jen atomární periodicita zřejmě i rozlišení různých atomů zvětšení laterálních rozměrů

Artefakty a jejich korekce Hardwarové deformace piezokeramika: creep hystereze nelinearita stárnutí využití linearizace zpětná vazba a elektronika vznik interferenčních proužků zákmity při silné vazbě šum drift vhodná stavba mikroskopu, stabilní prostředí

Další metody Odvozené metody založené na STM skenovací kapacitní mikroskopie (SCM) teplotní skenovací mikroskopie (SThM) mikroskopie šumového napětí (SNM) založené na AFM mikroskopie laterálních sil (LFM) mikroskopie magnetických sil (MFM) mikroskopie modulovaných sil (FMM) vodivostní AFM (C-AFM) mikroskopie chemických sil

Další metody Mikroskopie laterálních sil vychází z AFM, detekuje zkrut nosníku je citlivá na laterální síly tření umožňuje materiálový kontrast nežádoucí projevy topografie ideální rovinný vzorek

Další metody Mikroskopie magnetických sil rozšíření AFM o citlivost na magnetickou interakci vyšetřování magnetických vzorků i v externím mag. poli nelze zajistit citlivost pouze na magnetickou sílu existence dalších magnetických SPM metod spin-polarized STM magnetooptická NSOM cílem je při znalosti M určit B dlouhý dosah interakce horší laterální rozlišení při neznámých parametrech hrotu nelze měřit kvantitativně

Další metody Měření MFM používají se kmity s velkou amplitudou síly krátkého dosahu (vdw) ovlivňují jen část kmitu mag. interakce působí po celou dobu režim s předskenováním dvouprůchodové měření nejprve se změří topografie v AFM režimu (blízko vzorku) při druhém průchodu se vertikální poloha hrotu řídí daty z prvního měření během druhého průchodu se měří změna amplitudy velká vzdálenost z během druhého průchodu

Mikroskopie skenujı cı sondou Dals ı metody Aplikace MFM Harddisk CoPt c a stice FeB3 nanodra tky

NSOM Optická mikroskopie v blízkém poli řada měřicích režimů rozlišení 20 30 nm sondy z leptaných optických vláken

NSOM TERS Tip Enhanced Raman Spectroscopy Ramanův rozptyl neelastický, f = f 0 ± f informace o vibračních a rotačních stavech molekul možnost identifikace molekul technika nízká intenzita rozptylu ostrý kovový hrot zvýší pravděpodobnost (milionkrát) hrotem bud SPM drát, nebo pokovený AFM nosník