Файл в формате PPT (1,9 МB)
advertisement
Лекционный курс «Физические основы измерений и эталоны» Раздел ИЗМЕРЕНИЯ В НАНОТЕХНОЛОГИЯХ Тема ЗОНДОВЫЕ МИКРОСКОПЫ. 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 Изображение углеродной нанотрубки в СТМ Диаметр нанотрубки – 1,2 нм 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) КОНЕЦ ЛЕКЦИИ
