туннельный микроскоп

Ответ от Slim Shady[гуру]
Создание сканирующего туннельного микроскопа (G. Bennig, G. Rohrer,1982 г. ) и сканирующего атомно-силового микроскопа (G. Bennig, K. Kuatt, K. Gerber,1986 г. ) (Нобелевская премия 1992 г.) , Новые микроскопы позволили наблюдать атомно-молекулярную структуру поверхности монокристаллов в нанометровом диапазоне размеров. Наилучшее пространственное разрешение приборов составляет сотую долю нанометра по нормали к поверхности. Действие сканирующего туннельного микроскопа основано на туннелировании электронов через вакуумный барьер. Высокая разрешающая способность обусловлена тем, что туннельный ток изменяется на три порядка при изменении ширины барьера на размеры атома. Теория квантового эффекта туннелирования заложена Г. A. Гамовым в 1928 г. в работах по a- распаду. С помощью различных сканирующих микроскопов в настоящее время наблюдают за атомной структурой поверхностей монокристаллов металлов, полупроводников, высокотемпературных сверхпроводников, органических молекул, биологических объектов. Новые микроскопы полезны не только при изучении атомно-молекулярной структуры вещества. Они оказались пригодными для конструирования наноструктур. С помощью определенных движений острием микроскопа удается создавать атомные структуры. Движения острия при создании наноструктур из отдельных атомов напоминают приемы хоккеиста при продвижении шайбы клюшкой. Представляет интерес создание компьютерных алгоритмов, устанавливающих нетривиальную связь между движениями острия и перемещениями манипулируемых атомов на основе соответствующих математических моделей. Модели и алгоритмы необходимы для разработки автоматических “сборщиков” наноконструкций. Принцип действия сканирующего туннельного микроскопа: Принцип действия сканирующего туннельного микроскопа кардинально отличается от всех методик, которые до сих пор применялись в физике поверхности. Тонкое металлическое острие, смонтированное на электромеханическом приводе (X, Y, Z-позиционере) , служит зондом для исследования участков поверхности образца. Когда такое острие подводится к поверхности на расстояние <10Å, то при приложении между острием и образцом небольшого (от 0,01 до 10 В) напряжения смещения VS через вакуумный промежуток δz начинает протекать туннельный ток I t порядка 10-9Å. Для подвода острия-зонда к образцу на расстояние δz, равное нескольким ангстремам, и сканирования вдоль поверхности используется пьезодвигатель на основе пьезоэлектриков. Пьезоэлектрики – это такие материалы, которые изменяют свои размеры под действием управляющего напряжения. Полагая, что электронные состояния (орбитали) локализованы на каждом атомном участке, при сканировании поверхности образца в направлении X и / или Y с одновременным измерением выходного сигнала в цепи Z можно получить картину поверхностной структуры на атомном уровне. Эта структура может быть отображена в двух режимах: 1.измеряя туннельный ток и поддерживая расстояние δz от острия до поверхности образца 2.измеряя изменения в положении острия (то есть расстояние до поверхности образца) при постоянном туннельном токе (второй режим используется чаще) . В сканирующей туннельной микроскопии присутствуют три концепции: сканирования, туннелирования и локального зондирования. Само сканирование как средство отображения объекта широко применяется и в других типах микроскопов, например в растровом электронном микроскопе, а также в телевизионной технике. Электронное туннелирование с успехом использовалось для изучения физических свойств твердого тела задолго до появления сканирующей туннельной микроскопии. Сканирующий туннельный микроскоп не содержит линз, поэтому изображение не искажается из-за аберраций. Энергия электронов, формирующих изображение, не превышает нескольких электронвольт (то есть меньше энергии типичной химической связи) , что делает возможным неразрушающий контроль объекта.