rastrovacia sondov mikroskopia n.
Download
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
RASTROVACIA SONDOV Á MIKROSKOPIA PowerPoint Presentation
Download Presentation
RASTROVACIA SONDOV Á MIKROSKOPIA

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 31

RASTROVACIA SONDOV Á MIKROSKOPIA - PowerPoint PPT Presentation


  • 173 Views
  • Uploaded on

RASTROVACIA SONDOV Á MIKROSKOPIA. Andrej PLECENIK Katedra experimentálnej fyziky FMFI UK v Bratislave. Tunelový rastrovací mikroskop: Binning a Rohrer - 1981 IBM Zürich Research Laboratory, Rüschlikon, Švajčiarsko.

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about 'RASTROVACIA SONDOV Á MIKROSKOPIA' - madge


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
rastrovacia sondov mikroskopia

RASTROVACIA SONDOVÁ MIKROSKOPIA

Andrej PLECENIK

Katedra experimentálnej fyziky

FMFI UK v Bratislave

slide2

Tunelový rastrovací mikroskop:Binning a Rohrer - 1981

IBM Zürich Research Laboratory, Rüschlikon, Švajčiarsko

Prvé zariadenie, pomocou ktorého bolo možné zmapovať trojdimenzionálne povrch vodivých tuhých látok s atómovým rozlíšením

1986, t.j. iba päť rokov po svojom objave – Nobelová cena za fyziku

Princíp Rastrovacieho tunelové mikroskopu je založený na fundamentálnom jave kvantovej mechaniky známeho už na začiatku 20-tého storočia pod pojmom tunelový jav.

slide3

vysvetlenie rozpadu jadier ťažkých prvkov -  častice (Gamov 1928),

  • ionizácie atómu vodíka v externom elektrickom poli (Oppenheimer 1928),
  • studenej emisie elektrónov z kovov (Fowler a Nordheim 1928),
  • tunelového javu v spojoch kov - vákuum – kov (Frenkel 1930) a v spojoch kov - izolátor – kov (Somerfeld a Bethe 1933),
  • vysvetlenie princípu činnosti tunelovej diódy (Esaki 1957)
  • podanie experimentálneho dôkazu hustoty stavov supravodičov (Giaver 1960).
slide6

Hustota stavov

- počet stavov na jednotkovú oblasť energie

Hustota stavov

slide8

z

y x

Hrot

Vzorka

IT

VT

TUNELOVÝ PRÚD ZÁVISÍ EXPONENCIÁLNE OD HRÚBKY TUNELOVEJ BARIÉRY (VZDIALENOSTI HROTU OD POVRCHU VZORKY) !!!

Schematické znázornenie posuvu hrotu nad skúmaným povrchom pomocou troch piezokryštálov.

slide9

Mód konštantnej výšky

Mód konštantného prúdu

Smer rastrovania

Smer rastrovania

z

y

x

ΔI

(z=konšt.)

Δz

I=konšt.

a)  b)

Princíp rastrovania v móde konštantného konštantnej výšky (a) a konštantného prúdu (b)

V móde rastrovacieho tunelového mikroskopu – iba vzorky s vodivým povrchom !!!

Pozor na zmenu hustoty stavov !!!

slide10

SMER RÝCHLEHO ZÁPISU

x

y

Rastrovanie povrchu v x-ovej a y-ovej osi. Tunelový prúd je meraný iba v smeroch vyznačených plnou čiarou.

Povrch grafitu snímaný pomocou Rastrovacieho tunelového mikroskopu s atomárnym rozlišením a znázornenie jednej rastrovacej dráhy hrotu

slide11

Typy skenerov

Piezoelektrická trubica Tripod (trojnožka)

slide12
Rozdelenie STM podľa pracovného prostredia:
  • Vzdušný variant

Pracuje na vzduchu pri teplote 300 K

  • Kryogénny variant

Pracuje v kryogénnych zariadeniach, zvyčajne pri teplotách 4.2 K a nižšie s možnosťou zmeny teploty až do 300 K.

  • UHV variant

Pracuje v UHV vákuovej komore pri tlaku do 10-10 torr. V niektorých prípadoch je možné meniť teplotu vzorky do 76 K, resp. 4.2 K

slide13

Kryogénny Rastrovací silový mikroskop s antivibračným kryostatom Oxford Instruments Optistat (vľavo) a detail hlavice Rastrovacieho silového mikroskopu (vpravo)

Hlavica Rastrovacieho silového mikroskopu NT MDT typ SOLVER P47 s optickým mikroskopom a CCD kamerou pre justovanie laserového lúča – vzdušný variant.

slide14

Multifunkčné zariadenie Fy. Omicron NanoTechnology a dva typy SPM hlavíc pracujúcich pod UHV vákuom

slide16

Meranie lokálnej hustoty stavov

- počet stavov na jednotkovú oblasť energie

Hustota stavov

slide19

Rastrovacie silové mikroskopické metódy

Binning s kolegami pokračoval vo výskume rastrovacích techník a zistili, že v prípade priblíženia hrotu na veľmi malé vzdialenosti k povrchu meranej vzorky sa začínajú uplatňovať medziatomárne sily

slide20

SILA F

  • Kontaktný mód
    • Repulzívna sila
  • z – vzdialenosť hrotu od povrchu vzorky
  • Bezkontaktný Atraktívna sila
  • mód
  • Semikontaktný mód

ATÓMOVÝ SILOVÝ MIKROSKOP – ATOMIC FORCE MICROSCOPE

Príprava hrotu

slide21

Interferometer

STM šošovka

Kapacita

Merací hrot

Vzorka

Piezo -

Kryštál

a) b) c) Polovodičový laser

Kvadrantová

Dióda

d) e)

Metódy merania ohybu nosníka hrotu

Niekoľko metód používaných pre meranie ohybu nosníka s hrotom – a) tunelová metóda, b) interferometrická metóda, c) kapacitná metóda, d) metóda merania odrazeného lúča a e) metóda merania rozváženia Wheatstonového mostíka.

slide23

Sila v smere osi z

Laterálna sila

Registrácia polohy z

Kontrolná elektronika x, y

Vysokonapäťové predzosilňovače x, y, z

Zx

Zz

z

x

y

Zy

Kontrolná elektronika z – sila hrotu

Vzorka

Metóda:

1 – statická

2 – dynamická (oscilácia hrotu)

slide24

Amplitúda A

Bez interakcie

S atraktívnou silou F’

ΔA

Frekvencia ω

Oveľa citlivejšie metódy sú založené na oscilácii držiaka hrotu a meraním zmeny jeho rezonančnej frekvencie. Tieto metódy sú založené na zmene gradientu sily F' = dF/dn. Zmenou gradientu sily sa mení aj efektívna konštanta pružiny (držiaku hrotu), ktorá je daná ako ceff = c-F', kde F' je gradient sily v smere osi z, t.j. . V dôsledku zmeny konštanty pružiny sa mení aj rezonančná frekvencia systému

Typické závislosti amplitúdy A kmitov spružiny od frekvencie je na nasledujúcom obrázku.

Pre dve častice s priemerom 10 nm (približne priemer hrotu) a ich vzdialenosti d = 10 nm (zvyčajná vzdialenosť hrotu od povrchu ) je minimálna detekovateľná zmena sily F = 5x10-13 N a citlivosť je asi 5x10-13 m.

slide26

Hrot pokrytý magnetickým materiálom

Dráha pohybu hrotu

Magnetické domény – meraná vzorka

MAGNETIC FORCE MICROSCOPY

  • - nekontaktná statická metóda
  • nekontaktné metóda s vibráciou hrotu - s konštantnou frekvenciou
  • - s fázovým závesom
slide27

ELECTROSTATIC FORCE MICROSCOPE

(VOLTAGE FORCE MICROSCOPE)

slide30

SNOM - Scanning Near-field Optical Microscopy

V roku 1870 Ernst Abbe – rozlišenie dvoch objektov v optickom mikroskope:

t.j. rozlíšenie na úrovni 200 nm

SNOM – rozlíšenie na úrovni 50 nm

A. Lewis, M. Isaacson, A. Harootunian and A. Murray, Ultramicroscopy 13, 227 (1984); D.W. Pohl, W. Denk and M. Lanz, APL 44, 651 (1984)]