Pásztázó alagútmikroszkóp
| Nanotechnológia |
|---|
 |
| Szakterületek |
|
Anyagtudomány, Szilárdtestfizika, Atomfizika, Mezoszkopikus fizika, Felületfizika, Félvezetők |
| Alapjelenségek |
|
Nanoszerkezet, Kvantumbezárás, Van Hove-szingularitás, Kétdimenziós elektrongáz, Ballisztikus vezetés, Önszerveződés, Alagúthatás |
| Eljárások |
|
Nanolitográfia, Atomerő-mikroszkóp, Pásztázó alagútmikroszkóp, Pásztázó elektronmikroszkóp, Transzmissziós elektronmikroszkóp, Mágneses magrezonancia |
 A Wikimédia Commons tartalmaz Nanotechnológia témájú médiaállományokat. |
A pásztázó alagútmikroszkóp (scanning tunneling microscope (STM)) olyan műszer, amely felületekről való képalkotást tesz lehetővé atomi felbontásban, illetve alkalmazható az atomok egyedi mozgatására és atomi spektroszkópiára egyaránt. A mikroszkóp az alagúthatás alapján működik.
Története
[szerkesztés]Az STM-et 1981-ben fejlesztette ki Gerd Binnig és Heinrich Rohrer a zürichi IBM-nél, amiért fizikai Nobel-díjat kaptak 1986-ban.[1][2] Korábban R. Young, J. Ward, és F. Scire a NIST-nél hasonló találmányt alkottak.[3]
Működése
[szerkesztés]A mikroszkóp laterális felbontása: 0,1 nm, mélységi felbontása: 0,01 nm.[4] Ez a felbontás lehetővé teszi egyedi atomok megjelenítését, és azok manipulálását. Az STM nem csak vákuumban használható, hanem levegőn, vízben, vagy más közegben is. A működési hőmérsékleti tartomány közel zéró Kelvintől néhány száz Celsiusig terjedhet.[5]
Az STM működési alapja az alagúthatás. Amikor egy vezető tűt a vizsgálandó felülethez közelítünk igen közel, nanométer nagyságrendben, a tárgy és a tű között alkalmazott elektromos tér hatására alagúthatás jön létre. A keletkező alagútáram a tű pozíciójának, az alkalmazott feszültségnek és a vizsgálandó minta felületi sűrűségének a függvénye.[5]
A felületről az információt az alagútáram adja, melyet számítógép értékel ki. A két elektróda között folyó alagútáram függ a minta és a tű távolságától; 0,1 nanométeres távolság változás tízszeres áramváltozást okoz. Ennek alapján igen jó képet lehet alkotni a vizsgálandó felületről. A STM telepítése különleges helyszínt igényel: a vibráció kizárása szükséges, stabil alapon kell a műszert működtetni. Az eredeti műszernél mágneses levitációt alkalmaztak a vibrációk kiküszöbölésére. Újabban speciális mechanikus rugózást vagy gázrugót alkalmaznak.
Két tű alkalmazásával jobb képet lehet alkotni. A tű anyaga általában volfrám, de lehet platina-irídium, vagy arany is.[6]
A felbontás korlátja a tű görbületének a sugara. Az örvényáramok korlátozása is része a technológiának. Képfeldolgozó szoftverek segítségével tovább lehet növelni a képi hatást, akár 3D-ben is.[7][8] Az STM lehetővé teszi a felületek nanomanipulációját is.
Galéria
[szerkesztés]-
Nanomanipuláció STM segítségével -
Grafitfelület SEM-képe. Elektronszerkezeti okokból minden második atom kelt világos foltot, így háromszögrács látható
Jegyzetek
[szerkesztés]- ↑ G. Binnig, H. Rohrer (1986). „Scanning tunneling microscopy”. IBM Journal of Research and Development 30, 4. o.
- ↑ Press release for the 1986 Nobel Prize in physics
- ↑ "The Topografiner: An Instrument for Measuring Surface Microtopography". NIST. http://nvl.nist.gov/pub/nistpubs/sp958-lide/214-218.pdf Archiválva 2010. május 5-i dátummal a Wayback Machine-ben.
- ↑ C. Bai. Scanning tunneling microscopy and its applications. Springer Verlag (2000). ISBN 3-540-65715-0
- ↑ a b C. Julian Chen. Introduction to Scanning Tunneling Microscopy [archivált változat]. Oxford University Press (1993). ISBN 0-19-507150-6. Hozzáférés ideje: 2013. március 15. [archiválás ideje: 2013. január 23.]
- ↑ (2005) „STM carbon nanotube tips fabrication for critical dimension measurements”. Sensors and Actuators A: Physical 123-124, 655. o. DOI:10.1016/j.sna.2005.02.036.
- ↑ R. V. Lapshin (1995). "Analytical model for the approximation of hysteresis loop and its application to the scanning tunneling microscope" (PDF). Review of Scientific Instruments 66 (9): 4718–4730. Bibcode 1995RScI...66.4718L. doi:10.1063/1.1145314. http://www.nanoworld.org/homepages/lapshin/publications.htm#analytical1995. (Russian translation is available).
- ↑ R. V. Lapshin (2007). "Automatic drift elimination in probe microscope images based on techniques of counter-scanning and topography feature recognition" (PDF). Measurement Science and Technology 18 (3): 907–927. Bibcode 2007MeScT..18..907L. doi:10.1088/0957-0233/18/3/046. http://www.nanoworld.org/homepages/lapshin/publications.htm#automatic2007.
Források
[szerkesztés]- Tersoff, J.: Hamann, D. R.: Theory of the scanning tunneling microscope, Physical Review B 31, 1985, p. 805 - 813.
- Bardeen, J.: Tunnelling from a many-particle point of view, Physical Review Letters 6 (2), 1961, p. 57-59.
- Chen, C. J.: Origin of Atomic Resolution on Metal Surfaces in Scanning Tunneling Microscopy, Physical Review Letters 65 (4), 1990, p. 448-451
További információk
[szerkesztés]- http://molecularmodelingbasics.blogspot.hu/2009/09/tunneling-and-stm.html (animáció)
- http://www.toutestquantique.fr/#tunnel
- https://web.archive.org/web/20080908024937/http://www.uni-ulm.de/~hhoster/personal/surface_alloys.html