Сканирующий туннельный микроскоп: различия между версиями
| [непроверенная версия] | [непроверенная версия] |
Нет описания правки |
Нет описания правки |
||
| Строка 2: | Строка 2: | ||
'''Сканирующий туннельный микроскоп''' (СТМ, {{lang-en|STM — scanning tunneling microscope}}) — вариант [[сканирующий зондовый микроскоп|сканирующего зондового микроскопа]], предназначенный для измерения рельефа проводящих поверхностей с высоким пространственным разрешением. В СТМ острая металлическая игла подводится к образцу на расстояние нескольких [[ангстрем]]. При подаче на иглу относительно образца небольшого потенциала возникает [[туннельный ток]]. Величина этого тока экспоненциально зависит от расстояния образец-игла. Типичные значения 1-1000 [[пА]] при расстояниях около 1 [[ангстрем|Å]]. Сканирующий туннельный микроскоп первый из класса сканирующих зондовых микроскопов, атомно-силовой и сканирующий ближнепольный оптический были разработаны позднее. |
'''Сканирующий туннельный микроскоп''' (СТМ, {{lang-en|STM — scanning tunneling microscope}}) — вариант [[сканирующий зондовый микроскоп|сканирующего зондового микроскопа]], предназначенный для измерения рельефа проводящих поверхностей с высоким пространственным разрешением. В СТМ острая металлическая игла подводится к образцу на расстояние нескольких [[ангстрем]]. При подаче на иглу относительно образца небольшого потенциала возникает [[туннельный ток]]. Величина этого тока экспоненциально зависит от расстояния образец-игла. Типичные значения 1-1000 [[пА]] при расстояниях около 1 [[ангстрем|Å]]. Сканирующий туннельный микроскоп первый из класса сканирующих зондовых микроскопов, атомно-силовой и сканирующий ближнепольный оптический были разработаны позднее. |
||
В процессе сканирования игла движется вдоль образца, туннельный ток поддерживается стабильным за счёт действия обратной связи, и |
В процессе сканирования игла движется вдоль поверхности образца, туннельный ток поддерживается стабильным за счёт действия обратной связи, и показания следящей системы меняются в зависимости от топографии поверхности. Такие изменения фиксируются, и на их основе строится карта высот. |
||
Другая методика предполагает движение иглы на фиксированной высоте над поверхностью образца. В этом случае фиксируется изменение величины туннельного тока и на основе данной информации идет построение топографии поверхности. |
|||
Таким образом сканирующий туннельный микроскоп (СТМ) включает следующие элементы: |
|||
* зонд (иглу), |
|||
* систему перемещения зонда относительно образца по 2-м (X-Y) или 3-м (X-Y-Z) координатам, |
|||
* регистрирующую систему. |
|||
Регистрирующая система фиксирует значение функции, зависящей от величины тока между иглой и образцом, либо зонд-образец. Обычно регистрируемое значение обрабатывается системой отрицательной обратной связи, которая управляет положением образца или зонда по одной из координат (Z). В качестве системы обратной связи чаще всего используется [[ПИД-регулятор]]. |
|||
Ограничения на использование метода накладываются, во-первых, условием проводимости образца ([[поверхностное сопротивление]] должно быть не больше 20 МОм/см²), во-вторых, условием «глубина канавки должна быть меньше её ширины», потому что в противном случае может наблюдаться [[туннелирование]] с боковых поверхностей. Но это только основные ограничения. На самом деле их намного больше. Например, технология заточки иглы не может гарантировать одного острия на конце иглы, а это может приводить к параллельному сканированию двух разновысотных участков. Кроме ситуации глубокого [[вакуум]]а, во всех остальных случаях мы имеем на поверхности осаждённые из воздуха частицы, газы и т. д. Технология грубого сближения также оказывает колоссальное влияние на действительность полученных результатов. Если при подводе иглы к образцу мы не смогли избежать удара иглы о поверхность, то считать иглу состоящей из одного атома на кончике пирамиды будет большим преувеличением. |
Ограничения на использование метода накладываются, во-первых, условием проводимости образца ([[поверхностное сопротивление]] должно быть не больше 20 МОм/см²), во-вторых, условием «глубина канавки должна быть меньше её ширины», потому что в противном случае может наблюдаться [[туннелирование]] с боковых поверхностей. Но это только основные ограничения. На самом деле их намного больше. Например, технология заточки иглы не может гарантировать одного острия на конце иглы, а это может приводить к параллельному сканированию двух разновысотных участков. Кроме ситуации глубокого [[вакуум]]а, во всех остальных случаях мы имеем на поверхности осаждённые из воздуха частицы, газы и т. д. Технология грубого сближения также оказывает колоссальное влияние на действительность полученных результатов. Если при подводе иглы к образцу мы не смогли избежать удара иглы о поверхность, то считать иглу состоящей из одного атома на кончике пирамиды будет большим преувеличением. |
||
Версия от 12:39, 5 июня 2010
Сканирующий туннельный микроскоп (СТМ, англ. STM — scanning tunneling microscope) — вариант сканирующего зондового микроскопа, предназначенный для измерения рельефа проводящих поверхностей с высоким пространственным разрешением. В СТМ острая металлическая игла подводится к образцу на расстояние нескольких ангстрем. При подаче на иглу относительно образца небольшого потенциала возникает туннельный ток. Величина этого тока экспоненциально зависит от расстояния образец-игла. Типичные значения 1-1000 пА при расстояниях около 1 Å. Сканирующий туннельный микроскоп первый из класса сканирующих зондовых микроскопов, атомно-силовой и сканирующий ближнепольный оптический были разработаны позднее.
В процессе сканирования игла движется вдоль поверхности образца, туннельный ток поддерживается стабильным за счёт действия обратной связи, и показания следящей системы меняются в зависимости от топографии поверхности. Такие изменения фиксируются, и на их основе строится карта высот. Другая методика предполагает движение иглы на фиксированной высоте над поверхностью образца. В этом случае фиксируется изменение величины туннельного тока и на основе данной информации идет построение топографии поверхности. Таким образом сканирующий туннельный микроскоп (СТМ) включает следующие элементы:
- зонд (иглу),
- систему перемещения зонда относительно образца по 2-м (X-Y) или 3-м (X-Y-Z) координатам,
- регистрирующую систему.
Регистрирующая система фиксирует значение функции, зависящей от величины тока между иглой и образцом, либо зонд-образец. Обычно регистрируемое значение обрабатывается системой отрицательной обратной связи, которая управляет положением образца или зонда по одной из координат (Z). В качестве системы обратной связи чаще всего используется ПИД-регулятор. Ограничения на использование метода накладываются, во-первых, условием проводимости образца (поверхностное сопротивление должно быть не больше 20 МОм/см²), во-вторых, условием «глубина канавки должна быть меньше её ширины», потому что в противном случае может наблюдаться туннелирование с боковых поверхностей. Но это только основные ограничения. На самом деле их намного больше. Например, технология заточки иглы не может гарантировать одного острия на конце иглы, а это может приводить к параллельному сканированию двух разновысотных участков. Кроме ситуации глубокого вакуума, во всех остальных случаях мы имеем на поверхности осаждённые из воздуха частицы, газы и т. д. Технология грубого сближения также оказывает колоссальное влияние на действительность полученных результатов. Если при подводе иглы к образцу мы не смогли избежать удара иглы о поверхность, то считать иглу состоящей из одного атома на кончике пирамиды будет большим преувеличением.
История создания
СТМ был изобретен в начале 1980-х годов Гердом Биннигом и Генрихом Рорером, которые в 1986 году за это изобретение получили Нобелевскую премию по физике.
В СССР первые работы по этой тематике была сделаны в 1985 году в Институте Физических проблем АН СССР.
Литература
- Arie van Houselt and Harold J. W. Zandvliet. Colloquium: Time-resolved scanning tunneling microscopy (англ.) // Rev. Mod. Phys.. — 2010. — Vol. 82. — P. 1593—1605.
Ссылки
- История создания сканирующего туннельного микроскопа
- В. Л. Миронов. Основы сканирующей зондовой микроскопии
- Сканирующая туннельная микроскопия (СТМ). Основы.
| Основные типы микроскопов |  | |
|---|---|---|
| Прочие методы |
| |
| Приборы и материалы | ||
| См. также | ||
