Файл в формате PPT (1,6 МB)
advertisement
Лекционный курс «Физические основы измерений» Раздел ПРИБОРЫ И МЕТОДЫ НАНОТЕХНОЛОГИЙ Тема ЗОНДОВЫЕ МИКРОСКОПЫ. 2. СКАНИРУЮЩИЙ ТУННЕЛЬНЫЙ МИКРОСКОП Сканирующий туннельный микроскоп • Г. Бинниг и Х. Рорер, (IBM Цюрих) в 1986 г. получили Нобелевскую премию по физике «за разработку сканирующего туннельного микроскопа" Binnig Rohrer СКАНИРУЮЩИЙ ТУННЕЛЬНЫЙ МИКРОСКОП Сканирующий туннельный микроскоп STM-TOKAMAK-2 РНЦ «Курчатовский институт» ТУННЕЛЬНЫЙ ЭФФЕКТ Падение пучка электронов на прямоугольный потенциальный барьер высотой U0, при котором полная энергия частиц E<U0 Стационарные уравнения Шредингера: - волновые вектора ТУННЕЛЬНЫЙ ЭФФЕКТ Решение волнового уравнения слева от барьера - сумма падающей и отраженной волн: Решение в области барьера: Решение справа от барьера – прошедшая волна Квадрат модуля – коэффициент прозрачности барьера: ТУННЕЛЬНЫЙ ЭФФЕКТ ЗОНД Для электронов на уровне Ферми вероятность прохождения через потенциальный барьер (величина туннельного тока ) : I exp 2Kd 2m K ( ОБРАТНЫЙ ) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ Возникновение механических деформаций ( в полярных диэлектриках ) под действием электрического поля В природных пьезоэлектриках (кварц, турмалин) величина пьезоэффекта мала ИСКУССТВЕННОЕ ПОЛУЧЕНИЕ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЬЕЗОКЕРАМИК Например, на основе титаната бария BaTiO3 В сегнетоэлектриках – + области спонтанной поляризации (домены Вейса) До обработки домены ориентированы хаотически При высокой температуре в электрическом поле Остаточная поляризация пьезокерамики ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИВОД ЗОНДА Пластина из пьезокерамики во внешнем электрическом поле Трубчатый пьезоэлемент Сканирующий элемент в виде трипода, собранный на трубчатых пьезоэлементах Перемещение зонда с помощью пьезопривода ЗОНД Растровое сканирование с точностью смещения ± 0.05 Å Два режима сканирования 1. Режим постоянного тока Два режима сканирования 2. Режим постоянной высоты Пьезокристаллы Блок-схема сканирующего туннельного микроскопа Напряжение на пьезокристаллах Усиление туннельного тока Управление сканированием ЗОНД Образец Потенциал зонда Построение изображения d6Å ОДИН рабочий атом на острии зонда !! Туннельный ток I t Ve 2 Kd It уменьшается в 10 раз при увеличении d на 1 Å. Изображение держателя и зонда Изображение зонда из SiO2 Расположение атомов на поверхности монокристалла кремния Отсутствует атом йода Атомы йода на поверхности платины в сканирующем туннельном микроскопе Полированная поверхность медной детали в сканирующем туннельном микроскопе Двумерная квантовая яма (электронные потенциальные поверхности) Атомы Fe на кристалле Cu(111) при 4К формируют «квантовый коралловый риф” диаметром 14,3 нм. На изображении отражены изменения плотности электронных состояний. Микромеханическая сборка в СТМ (молекулы СО на платине) Микро-механическая сборка в СТМ (атомы ксенона на никеле)
