Tunnel mikroskopi qattiq jismli tizimlarning elektron tuzilishini o'rganish uchun juda kuchli vositadir. Uning topografik tasvirlari sirtni strukturaviy aniqlashga olib keladigan kimyoviy o'ziga xos sirt tahlili usullarini qo'llashda yordam beradi. Ushbu maqolada qurilma, funksiyalari va maʼnosi haqida bilib olishingiz, shuningdek, tunnel mikroskopining suratini koʻrishingiz mumkin.
Ijodkorlar
Bunday mikroskop ixtiro qilinishidan oldin sirtlarning atom tuzilishini o'rganish imkoniyatlari asosan rentgen nurlari, elektronlar, ionlar va boshqa zarrachalar nurlari yordamida diffraktsiya usullari bilan cheklangan. Bu yutuq shveytsariyalik fiziklar Gerd Binnig va Geynrix Rorer birinchi tunnel mikroskopini yaratganlarida yuz berdi. Ular birinchi tasvir uchun oltin sirtini tanladilar. Tasvir televizor monitorida ko'rsatilganda, ular aniq tartibga solingan atomlar qatorlarini ko'rdilar va bir atom balandligidagi qadamlar bilan ajratilgan keng teraslarni kuzatdilar. Binnig va Roreryuzalarning atom tuzilishining bevosita tasvirini yaratishning oddiy usulini kashf etdi. Ularning ajoyib muvaffaqiyati 1986 yilda fizika bo'yicha Nobel mukofoti bilan taqdirlandi.
Prekursor
Topografiner deb nomlangan shunga o'xshash mikroskop Rassel Yang va uning hamkasblari tomonidan 1965-1971 yillarda Milliy standartlar byurosida ixtiro qilingan. Hozirda bu Milliy standartlar va texnologiyalar instituti. Ushbu mikroskop chap va o'ng piezo drayverlari uchini namuna yuzasidan va bir oz yuqorida skanerlash printsipi asosida ishlaydi. Markaziy piezo-boshqariladigan server drayveri doimiy kuchlanishni saqlab turish uchun server tizimi tomonidan boshqariladi. Bu uchi va sirt o'rtasida doimiy vertikal ajratishga olib keladi. Elektron multiplikatori namuna yuzasida tarqalgan tunnel oqimining kichik bir qismini aniqlaydi.
Sxematik ko'rinish
Tunnelli mikroskop yig'ilishi quyidagi komponentlarni o'z ichiga oladi:
- skanerlash uchun maslahat;
- uchni bir koordinatadan boshqasiga o'tkazish uchun boshqaruvchi;
- vibratsiyali izolyatsiya tizimi;
- kompyuter.
Uchi ko'pincha volfram yoki platina-iridiydan tayyorlanadi, ammo oltin ham ishlatiladi. Kompyuter tasvirni qayta ishlash orqali tasvirni yaxshilash va miqdoriy o'lchovlarni amalga oshirish uchun ishlatiladi.
Bu qanday ishlaydi
Tunnelning ishlash printsipimikroskop juda murakkab. Uchning yuqori qismidagi elektronlar potentsial to'siq bilan metall ichidagi mintaqa bilan chegaralanmaydi. Ular xuddi metallda harakat qilgandek, to'siqdan o'tadilar. Erkin harakatlanuvchi zarralar illyuziyasi yaratiladi. Haqiqatda elektronlar atomdan atomga o'tadi va ikkita atom joyi orasidagi potentsial to'siqdan o'tadi. To'siqqa har bir yaqinlashish uchun tunnel qilish ehtimoli 10: 4 ni tashkil qiladi. Elektronlar uni sekundiga 1013 tezlikda kesib o'tadi. Bu yuqori uzatish tezligi harakatning sezilarli va uzluksiz ekanligini bildiradi.
Metalning uchini sirt ustida juda kichik masofaga siljitish, atom bulutlarini bir-biriga yopish orqali atom almashinuvi amalga oshiriladi. Bu uchi va sirt o'rtasida oz miqdordagi elektr tokini hosil qiladi. Uni o'lchash mumkin. Ushbu davom etayotgan o'zgarishlar orqali tunnel mikroskopi sirtning tuzilishi va topografiyasi haqida ma'lumot beradi. Unga asoslanib, atom shkalasida uch o'lchovli model qurilgan bo'lib, u namunaning tasvirini beradi.
Tunnel
Uchi namunaga yaqinlashganda, u bilan sirt orasidagi masofa panjaradagi qo'shni atomlar orasidagi bo'shliq bilan taqqoslanadigan qiymatga kamayadi. Tunnel elektroni ular tomon yoki zond uchidagi atom tomon harakatlanishi mumkin. Probdagi oqim namunaning yuzasida elektron zichligini o'lchaydi va bu ma'lumot rasmda ko'rsatiladi. Atomlarning davriy qatori oltin, platina, kumush, nikel va mis kabi materiallarda aniq ko'rinadi. vakuumAtrof-muhit vakuum bo'lmasa ham, gaz yoki suyuqlik molekulalari bilan to'ldirilgan bo'lsa ham, elektronlarning uchidan namunaga tunnellanishi sodir bo'lishi mumkin.
Toʻsiq balandligining shakllanishi
Mahalliy toʻsiq balandligi spektroskopiyasi mikroskopik sirt ish funksiyasining fazoviy taqsimoti haqida maʼlumot beradi. Tasvir tunnel oqimining logarifmik o'zgarishini nuqta-nuqta o'lchash yo'li bilan, bo'linuvchi bo'shliqqa aylanishini hisobga olgan holda olinadi. To'siq balandligini o'lchashda prob va namuna orasidagi masofa qo'shimcha AC kuchlanish yordamida sinusoidal modulyatsiya qilinadi. Modulyatsiya davri tunnel mikroskopidagi qayta aloqa davri doimiysidan ancha qisqaroq qilib tanlangan.
Manosi
Bu turdagi skanerlovchi zond mikroskoplari nanometr oʻlchamdagi obʼyektlarni (400 va 800 nm orasidagi koʻrinadigan yorugʻlik toʻlqin uzunligidan kichikroq) manipulyatsiya qilishi kerak boʻlgan nanotexnologiyalarni ishlab chiqish imkonini berdi. Tunnel mikroskopi qobiq kvantini o'lchash orqali kvant mexanikasini aniq ko'rsatib beradi. Bugungi kunda amorf kristalli bo'lmagan materiallar atom-kuch mikroskopi yordamida kuzatilmoqda.
Kremniy misol
Kremniy sirtlari boshqa materiallarga qaraganda kengroq oʻrganilgan. Ular vakuumda shunday haroratgacha qizdirilganki, atomlar uyg'onish jarayonida qayta tiklangan. Qayta qurish juda batafsil o'rganilgan. Takayanagi 7 x 7 deb nomlanuvchi sirtda murakkab naqsh hosil bo'ldi. Atomlar juft bo'lib,yoki o'rganilayotgan kremniyning butun qismi bo'ylab cho'zilgan qatorlarga mos keladigan dimerlar.
Tadqiqot
Tunnelli mikroskopning ishlash printsipi bo'yicha tadqiqotlar u vakuumdagi kabi atrofdagi atmosferada ham ishlashi mumkin degan xulosaga keldi. U havoda, suvda, izolyatsion suyuqliklarda va elektrokimyoda ishlatiladigan ionli eritmalarda ishlatilgan. Bu yuqori vakuumli qurilmalarga qaraganda ancha qulayroq.
Tunnel mikroskopini minus 269 °C gacha sovutish va ortiqcha 700 °C gacha isitish mumkin. Past harorat o'ta o'tkazuvchan materiallarning xususiyatlarini o'rganish uchun, yuqori harorat esa metallar yuzasi orqali atomlarning tez tarqalishini va ularning korroziyasini o'rganish uchun ishlatiladi.
Tunnel mikroskopi asosan tasvirlash uchun ishlatiladi, ammo boshqa koʻplab foydalanish usullari ham oʻrganilgan. Atomlarni namuna yuzasi bo'ylab harakatlantirish uchun zond va namuna o'rtasida kuchli elektr maydoni ishlatilgan. Tunnel mikroskopining turli gazlardagi ta'siri o'rganildi. Bir tadqiqotda kuchlanish to'rt volt edi. Uchidagi maydon atomlarni uchidan olib tashlash va ularni substratga joylashtirish uchun etarlicha kuchli edi. Ushbu protsedura har birida bir necha yuz oltin atomlari bo'lgan substratda kichik oltin orollarini yaratish uchun oltin zond bilan ishlatilgan. Tadqiqot davomida gibrid tunnel mikroskopi ixtiro qilindi. Asl qurilma bipotentsiostat bilan birlashtirilgan.
