Туннелдик микроскоп катуу абалдагы системалардын электрондук түзүлүшүн изилдөө үчүн өтө күчтүү курал болуп саналат. Анын топографиялык сүрөттөрү беттин структуралык аныктамасына алып баруучу химиялык спецификалык беттик анализдин ыкмаларын колдонууга жардам берет. Бул макаладан сиз аппарат, функциялар жана мааниси тууралуу биле аласыз, ошондой эле туннелдик микроскоптун сүрөтүн көрө аласыз.
Жаратуучулар
Мындай микроскоп ойлоп табылганга чейин беттердин атомдук түзүлүшүн изилдөөнүн мүмкүнчүлүктөрү негизинен рентген нурларынын, электрондордун, иондордун жана башка бөлүкчөлөрдүн нурларын колдонуу менен дифракциялык методдор менен чектелген. Швейцариялык физиктер Герд Бинниг менен Генрих Рорер туннелдик микроскопту биринчи жолу иштеп чыкканда чоң жетишкендик болду. Алар биринчи сүрөтү үчүн алтындын бетин тандашкан. Сүрөт сыналгы мониторунда көрсөтүлгөндө, алар так тизилген атомдордун катарларын көрүштү жана бир атом бийиктигинде тепкичтер менен бөлүнгөн кең террасаларды байкашты. Бинниг жана Рорербеттердин атомдук түзүлүшүнүн түз элесин түзүүнүн жөнөкөй ыкмасын ачкан. Алардын таасирдүү жетишкендиги 1986-жылы физика боюнча Нобель сыйлыгы менен таанылган.
Прекурсор
Топографинер деп аталган окшош микроскоп Рассел Янг жана анын кесиптештери тарабынан 1965-1971-жылдары Улуттук стандарттар бюросунда ойлоп табылган. Учурда бул Улуттук стандарттар жана технологиялар институту. Бул микроскоп сол жана оң пьезо драйверлери үлгү бетинен жогору жана бир аз жогору учу сканерлейт деген принципте иштейт. Борбордук пьезо башкарылуучу сервердик диск туруктуу чыңалууну кармап туруу үчүн сервер системасы тарабынан башкарылат. Бул учу менен бетинин ортосунда туруктуу вертикалдуу бөлүнүүгө алып келет. Электрондук мультипликатор үлгүнүн бетинде чачылган туннелдик агымдын кичинекей бөлүгүн аныктайт.
Схемалык көрүнүш
Туннелдик микроскоптун жыйындысы төмөнкү компоненттерди камтыйт:
- скандоочу кеңеш;
- учту бир координатадан экинчисине жылдыруу үчүн контролер;
- титирөө изоляция системасы;
- компьютер.
Учуу көбүнчө вольфрамдан же платина-иридийден жасалат, бирок алтын да колдонулат. Компьютер сүрөттөрдү иштетүү аркылуу сүрөттү жакшыртуу жана сандык өлчөөлөрдү жүргүзүү үчүн колдонулат.
Бул кантип иштейт
Тоннелдин иштөө принцибимикроскоп абдан татаал. Учунун үстүндөгү электрондор потенциалдык тосмо менен металлдын ичиндеги аймак менен чектелбейт. Алар металлдагы кыймылы сыяктуу тоскоолдуктарды басып өтүшөт. Эркин кыймылдаган бөлүкчөлөрдүн элеси түзүлөт. Чындыгында электрондор эки атомдук сайттын ортосундагы потенциалдуу тосмодон өтүп, атомдон атомго өтөт. Шлагбаумга ар бир жакындоо үчүн туннелдин пайда болуу ыктымалдыгы 10:4. Электрондор аны секундасына 1013 ылдамдыкта кесип өтөт. Бул жогорку өткөрүү ылдамдыгы кыймыл олуттуу жана үзгүлтүксүз экенин билдирет.
Металлдын учу жер үстүндө өтө аз аралыкка жылдырылып, атомдук булуттарды каптап, атомдук алмашуу ишке ашырылат. Бул учу менен бетинин ортосунда аз өлчөмдөгү электр агымын пайда кылат. Аны өлчөөгө болот. Бул уланып жаткан өзгөрүүлөр аркылуу туннелдик микроскоп беттин түзүлүшү жана топографиясы жөнүндө маалымат берет. Анын негизинде үч өлчөмдүү модель атомдук масштабда курулуп, үлгүнүн сүрөтүн берет.
Туннелдөө
Учук үлгүгө жакындаганда, аны менен беттин ортосундагы аралык торчодогу чектеш атомдордун ортосундагы боштукка салыштырылган мааниге чейин азаят. Туннелдин электрону аларга карай же зонддун учундагы атомго карай жылышы мүмкүн. Зонддогу ток үлгүнүн бетиндеги электрондун тыгыздыгын өлчөйт жана бул маалымат сүрөттө көрсөтүлөт. Атомдордун мезгилдүү тизими алтын, платина, күмүш, никель жана жез сыяктуу материалдарда даана көрүнүп турат. вакуумчөйрө вакуум эмес, газ же суюктук молекулалары менен толтурулган болсо да, электрондордун учунан үлгүгө туннелдери болушу мүмкүн.
Тоскоолдуктун бийиктигинин түзүлүшү
Жергиликтүү тосмо бийиктиги спектроскопиясы микроскопиялык беттик иштөө функциясынын мейкиндикте бөлүштүрүлүшү жөнүндө маалымат берет. Сүрөт бөлүүчү боштукка айланууну эсепке алуу менен туннелдик токтун логарифмдик өзгөрүшүн чекиттен чекитке өлчөө жолу менен алынат. Тоскоолдуктун бийиктигин өлчөөдө зонд менен үлгүнүн ортосундагы аралык кошумча AC чыңалуу аркылуу синусоидалуу модуляцияланат. Модуляция мезгили туннелдик микроскопто пикир алмашуунун убакыт константасынан бир топ кыскараак болуп тандалган.
Мааниси
Сканирлөөчү зонддук микроскоптун бул түрү нанометрдик чоңдуктагы объекттерди (400 жана 800 нм арасындагы көрүнүүчү жарыктын толкун узундугунан кичине) башкарууга тийиш болгон нанотехнологияларды өнүктүрүүгө мүмкүндүк берди. Туннелдик микроскоп кабык квантын өлчөө аркылуу кванттык механиканы ачык көрсөтөт. Бүгүн аморфтук кристаллдык эмес материалдар атомдук күч микроскопунун жардамы менен байкалат.
Кремний мисалы
Кремний беттери башка материалдарга караганда кеңири изилденген. Алар вакуумда ушундай температурага чейин ысытуу жолу менен даярдалган, ошондуктан атомдор жаралган процессте реконструкцияланган. реконструкциялоо ар тараптан изилденген. Такайнаги 7 x 7 деп аталган бетинде пайда болгон татаал схема. Атомдор жуптарды түзүштү,же изилденип жаткан кремнийдин бүт бөлүгүнө созулган катарларга туура келген димерлер.
Изилдөө
Туннелдик микроскоптун иштөө принцибин изилдөө анын курчап турган атмосферада вакуумдагыдай эле иштей алат деген тыянакка алып келди. Ал абада, сууда, изоляциялоочу суюктуктарда жана электрохимияда колдонулган иондук эритмелерде иштетилген. Бул жогорку вакуумдук түзмөктөргө караганда алда канча ыңгайлуу.
Туннелдик микроскопту минус 269 °C чейин муздатуу жана плюс 700 °C чейин ысытууга болот. Төмөн температура өтө өткөргүч материалдардын касиеттерин изилдөө үчүн, ал эми жогорку температура металлдардын бети аркылуу атомдордун тез диффузиясын жана алардын коррозиясын изилдөө үчүн колдонулат.
Туннелдик микроскоп негизинен сүрөт тартуу үчүн колдонулат, бирок башка көптөгөн колдонулуштары изилденген. Үлгү бети боюнча атомдорду жылдыруу үчүн зонд менен үлгүнүн ортосундагы күчтүү электр талаасы колдонулган. Туннелдик микроскоптун ар кандай газдарга тийгизген таасири изилденген. Бир изилдөөдө чыңалуу төрт вольт болгон. Учтагы талаа учундагы атомдорду алып салуу жана аларды субстраттын үстүнө коюу үчүн жетиштүү күчтүү болгон. Бул жол-жобосу бир нече жүз алтын атомдору бар субстрат боюнча кичинекей алтын аралдарды жасоо үчүн алтын зонд менен колдонулган. Изилдөөнүн жүрүшүндө гибриддик туннелдик микроскоп ойлоп табылган. Түпнуска түзмөк бипотенциостат менен бириктирилген.
