Tunel mikroskopu bərk cisim sistemlərinin elektron strukturunu öyrənmək üçün son dərəcə güclü vasitədir. Onun topoqrafik təsvirləri kimyəvi spesifik səth analizi üsullarının tətbiqinə kömək edir və səthin struktur tərifinə gətirib çıxarır. Bu məqalədə siz cihaz, funksiyalar və məna haqqında öyrənə, həmçinin tunel mikroskopunun fotosuna baxa bilərsiniz.
Yaradıcılar
Belə bir mikroskop ixtira edilməzdən əvvəl səthlərin atom quruluşunun öyrənilməsi imkanları əsasən rentgen şüalarının, elektronların, ionların və digər hissəciklərin şüalarından istifadə etməklə difraksiya üsulları ilə məhdudlaşırdı. Sıçrayış isveçrəli fiziklər Gerd Binnig və Heinrich Rohrer ilk tunel mikroskopunu hazırladıqları zaman baş verdi. Onlar ilk şəkli üçün qızıl səthi seçiblər. Şəkil televiziya monitorunda göstərildikdə, onlar dəqiq düzülmüş atomların sıralarını gördülər və bir atom hündürlüyündə pillələrlə ayrılmış geniş terrasları müşahidə etdilər. Binnig və Rohrersəthlərin atom quruluşunun birbaşa təsvirini yaratmaq üçün sadə üsul kəşf etdi. Onların təsirli nailiyyətləri 1986-cı ildə Fizika üzrə Nobel Mükafatı ilə tanındı.
Sələf
Topografiner adlı oxşar mikroskop 1965-1971-ci illərdə Milli Standartlar Bürosunda Russell Young və onun həmkarları tərəfindən icad edilmişdir. Hazırda Milli Standartlar və Texnologiya İnstitutudur. Bu mikroskop, sol və sağ piezo sürücülərin nümunə səthinin üstündə və bir qədər yuxarıda olan ucunu skan etməsi prinsipi əsasında işləyir. Mərkəzi piezo ilə idarə olunan server sürücüsü sabit gərginliyi saxlamaq üçün server sistemi tərəfindən idarə olunur. Bu, uc və səth arasında daimi şaquli ayrılığa səbəb olur. Elektron multiplikatoru nümunənin səthində yayılan tunel cərəyanının kiçik bir hissəsini aşkar edir.
Sxematik görünüş
Tunel Mikroskop Kompleksinə aşağıdakı komponentlər daxildir:
- skan üçün göstəriş;
- ucunu bir koordinatdan digərinə köçürmək üçün nəzarətçi;
- vibrasiya izolyasiya sistemi;
- kompüter.
Ucu tez-tez volfram və ya platin iridiumdan hazırlanır, baxmayaraq ki, qızıl da istifadə olunur. Kompüter təsvirin işlənməsi vasitəsilə təsviri təkmilləşdirmək və kəmiyyət ölçmələri etmək üçün istifadə olunur.
Necə işləyir
Tunelin iş prinsipimikroskop olduqca mürəkkəbdir. Ucunun yuxarısındakı elektronlar potensial maneə ilə metalın içərisindəki bölgə ilə məhdudlaşmır. Onlar metaldakı hərəkətləri kimi maneənin üstündən keçirlər. Sərbəst hərəkət edən hissəciklərin illüziyası yaranır. Reallıqda elektronlar atomdan atoma keçərək iki atom sahəsi arasındakı potensial maneədən keçir. Baryerə hər yaxınlaşma üçün tunelin düşmə ehtimalı 10:4 təşkil edir. Elektronlar onu saniyədə 1013 sürətlə keçir. Bu yüksək ötürmə sürəti hərəkətin əhəmiyyətli və davamlı olması deməkdir.
Metalın ucunu səth üzərində çox kiçik bir məsafədə hərəkət etdirərək, atom buludlarının üst-üstə düşməsi ilə atom mübadiləsi həyata keçirilir. Bu, uc və səth arasında axan az miqdarda elektrik cərəyanı yaradır. Ölçülə bilər. Bu davam edən dəyişikliklər vasitəsilə tunel mikroskopu səthin quruluşu və topoqrafiyası haqqında məlumat verir. Onun əsasında atom miqyasında üçölçülü model qurulur ki, bu da nümunənin şəklini verir.
Tunel
Ucu nümunəyə yaxınlaşdıqda onunla səth arasındakı məsafə qəfəsdəki bitişik atomlar arasındakı boşluqla müqayisə edilə bilən dəyərə qədər azalır. Tunel elektronu ya onlara doğru, ya da zondun ucundakı atoma doğru hərəkət edə bilər. Zonddakı cərəyan nümunənin səthindəki elektron sıxlığını ölçür və bu məlumat şəkildə göstərilir. Atomların dövri sıraları qızıl, platin, gümüş, nikel və mis kimi materiallarda aydın görünür. vakuumElektronların ucundan nümunəyə tunelləşməsi ətraf mühitin vakuum olmasa da, qaz və ya maye molekulları ilə dolu olmasına baxmayaraq baş verə bilər.
Sənəd hündürlüyünün formalaşması
Yerli maneə hündürlüyü spektroskopiyası mikroskopik səth iş funksiyasının məkan paylanması haqqında məlumat verir. Təsvir tunel cərəyanında loqarifmik dəyişikliyin nöqtə-nöqtə ölçülməsi ilə, bölücü boşluğa çevrilmə nəzərə alınmaqla əldə edilir. Baryer hündürlüyünü ölçərkən, zond və nümunə arasındakı məsafə əlavə AC gərginliyindən istifadə edərək sinusoidal modulyasiya edilir. Modulyasiya müddəti tunel mikroskopunda əks əlaqə dövrəsinin vaxt sabitindən çox qısa olması üçün seçilir.
Məna
Bu tip skan edən zond mikroskopu nanometr ölçülü obyektləri (400 və 800 nm arasında görünən işığın dalğa uzunluğundan kiçik) manipulyasiya etməli olan nanotexnologiyaların inkişafına imkan verib. Tunel mikroskopu qabıq kvantını ölçməklə kvant mexanikasını aydın şəkildə göstərir. Bu gün amorf kristal olmayan materiallar atom qüvvəsi mikroskopiyasından istifadə etməklə müşahidə edilir.
Silikon nümunəsi
Silikon səthlər hər hansı digər materiallardan daha geniş şəkildə tədqiq edilmişdir. Onlar vakuumda elə bir temperaturda qızdırılaraq hazırlanmışdır ki, atomlar evokasiya prosesində yenidən qurulmuşdur. Yenidənqurma çox ətraflı öyrənilmişdir. Səthdə Takayanagi 7 x 7 kimi tanınan kompleks bir model meydana gəldi. Atomlar cütlər meydana gətirdi,və ya tədqiq olunan silikonun bütün parçası boyunca uzanan sıralara uyğun dimerlər.
Araşdırma
Tunel mikroskopunun işləmə prinsipi üzərində aparılan tədqiqatlar onun ətraf atmosferdə vakuumda olduğu kimi işləyə biləcəyi qənaətinə gəldi. Elektrokimyada istifadə olunan havada, suda, izolyasiya mayelərində və ion məhlullarında işlədilir. Bu, yüksək vakuumlu cihazlardan daha rahatdır.
Tunel mikroskopu mənfi 269 °C-ə qədər soyudula və plus 700 °C-yə qədər qızdırıla bilər. Aşağı temperaturdan superkeçirici materialların xassələrini öyrənmək üçün, yüksək temperaturdan isə metalların səthindən atomların sürətli yayılmasını və onların korroziyasını öyrənmək üçün istifadə olunur.
Tunel mikroskopu əsasən görüntüləmə üçün istifadə olunur, lakin bir çox başqa istifadələr də araşdırılmışdır. Atomları nümunənin səthi boyunca hərəkət etdirmək üçün zond və nümunə arasında güclü elektrik sahəsindən istifadə edilmişdir. Tunel mikroskopunun müxtəlif qazlarda təsiri tədqiq edilmişdir. Bir araşdırmada gərginlik dörd volt idi. Ucdakı sahə atomları ucdan çıxarıb substratın üzərinə yerləşdirmək üçün kifayət qədər güclü idi. Bu prosedur hər birində bir neçə yüz qızıl atomu olan bir substratda kiçik qızıl adaları yaratmaq üçün qızıl zondla istifadə edilmişdir. Tədqiqat zamanı hibrid tunel mikroskopu ixtira edilib. Orijinal cihaz bipotentiostat ilə inteqrasiya olunub.
