بخشی از پاورپوینت
اسلاید 1 :
عنوان: میکروسکوپ تونلی روبشی(1)
اسلاید 3 :
میکروسکوپ تونلی روبشی(STM)
در میکروسکوپ تونلی روبشی:
سطح نمونه بوسیله پروب نوك تيز (سوزن یا تیپ) روبش ميشود.
- نوک پروب از حساسیت بسیار بالایی برخوردار است بطوریکه در نوک آن، تنها یک اتم جای میگیرد.
- به دلیل ابعاد بسيار كوچك (نانومتر) نوک پروب، كوچكترين پستي يا بلنديها در سطح نمونه میتواند آنالیز شود.
با استفاده از تجهیزات و نرم افزارهای موجود در دستگاه، دادهها بصورت تصویر بر نمایشگر نمایش داده میشود.
اسلاید 4 :
تاریخچه میکروسکوپ تونلی روبشی
STM= scanning tunneling microscope
اولین عضو خانواده میکروسکوپهای پروبی روبشی
اختراع: در سال 1981 میلادی بوسیله دو تن از محققین سوئیسی بنامهای گرد کارل بینیگ (GerdKarl Binnig) و هاینرک رورر (Heinrich Rohrer )، در آزمایشگاه تحقیقاتی شرکت IBM شهر زوریخ سوئیس
کسب جایزه نوبل فیزیک: در سال 1986 میلادی
میکروسکوپ تونلی روبشی در آن زمان، اولین ابزاری بود که قادر به ایجاد تصاویر سه بعدی از سطوح جامد با تفکیک پذیری و دقت اتمی بود.
اسلاید 5 :
تصویر در میکروسکوپ تونلی روبشی
سطح نیکل
سطح پلاتین
اسلاید 6 :
دامنه کاربرد میکروسکوپ تونلی روبشی
فقط مطالعه سطوح با رسانایی قابل قبول.
تصویربرداری در بازه وسیعی از بزرگنمایی- از 103 تا 109 - در جهات X,Y وZ
ایجاد تصویر از مقیاس میکرو تا ابعاد اتمی با رزولوشن (قدرت تفکیک) بالا.
ابزار طیف نگاری (scanning tunneling spectroscopy)- طیف نگاری روبشی جریان تونلی.
ایجاد خصیصههای ویژه در مقیاس نانو از طریق گرم کردن موضعی یا القای واکنشهای شیمیایی در زیر سوزن از طریق نانوماشینکاری (nanomachining).
قابل استفاده در هر محیطی- از قبیل محیطهای معمولی، اتمسفر، گازهای گوناگون، مایعات، خلاء، دماهای پایین تر 100 کلوین) و یا در دماهای بالا.
اسلاید 7 :
دامنه کاربرد میکروسکوپ تونلی روبشی
قابلیت استفاده در هر محیطی:
امکان مطالعه نمونههای زنده زیستی با تصویر برداری در مایعات.
حذف نیروهای موئینگی موجود در فصل مشترک نمونه و سوزن با تصویربرداری نمونههای آبی در اتمسفر معمولی
کاهش نوسانات دمایی و به تصویر کشیدن نیروها با حساسیت بالا در تصویر برداری دما پایین.
تصویربرداری سیالات- از قبیل کریستالهای مایع و مولکولهای روانساز (lubricant molecules) روی سطوح گرافیتی
اسلاید 8 :
میکروسکوپ تونلی روبشی
برخی نمونههای بررسی شده توسط STM تحت شرایط مختلف
اسلاید 9 :
سیستم دستگاهی میکروسکوپ تونلی روبشی
نگهدارنده نمونه
سوزن و مجموعه مرتبط با آن
کنترل کننده الکترونیکی
رایانه
نرم افزار پردازش تصویر
اسلاید 10 :
نگهدارنده نمونه
نمونه از طریق شناوری مغناطیسی ابررسانا (superconducting magnetic levitation ) یا یک سیستم فنر دو مرحلهای، جهت دستیابی به یک فاصله پایدار (پهنای شکاف) بین پروب وسطح، نصب میگردد.
اسلاید 11 :
پروب روبش در STM
استفاده از یک پروب (سوزن) تیز جهت روبش سطح
اعمال ولتاژ بایاس مناسب (V1- mV10) بین پروب و سطح نمونه:
- در فاصله مناسب پروب از سطح نمونه-کمتر از 10 آنگستروم (معمولا حدود nm1-3/0)، الکترونها بر اساس پدیده تونل زنی (Tunneling)، از نمونه به اتمهای پروب یا بالعکس(بسته به جهت ولتاژ بایاس) جریان می یابند.
- تغییر جریان تونلی از nA0/2 تا nA10 و انجام روبش سطج توسط پروب.
اسلاید 12 :
مجموعه مرتبط با پروب
روبش سطح توسط پروب فلزی به کمک فعال کنندههای پیزوالکتریک قائم الزاویه و عمود برهم ، در سه جهت حرکت میکند. برهمکنش کوتاه برد که رزولوشن مطلوب را میدهد، توسط این پروب موضعی دریافت میشود.
جابجایی پروب دراثر ولتاژ اعمالی به پیزوالکتریک، سیگنالهای تهیه نقشه توپوگراف یک سطح را در نرم افزار دستگاه ایجاد میکند و پس از پردازش رایانهای، بصورت تصویر ظاهر میگردد.
اسلاید 13 :
برهمکنش پروب و نمونه
برهمکنش پروب و نمونه، و برقراری جریان تونلی در فاصله آنگسترومی پروب از سطح نمونه.
بیش از %90 جریان الکترون از انتهاییترین اتم پروب جاری میگردد.
اسلاید 14 :
کنترل کننده الکترونیکی و رایانه
پروب سطح مورد مطالعه را روبش کرده و مقادیر اندازه گیری شده، در سیستم ثبت می گردد:
سیستم بازخورد ( feedback): ارتفاع پروب را تغییر داده تا جریان الکتریکی ثابت بماند.
کنترل کننده الکترونیک: تنظیم پروب در فاصله مربوط به جریان تونلی از پیش تعیین شده
کامپیوتر: ثبت فاصله به عنوان تابعی از موقعیت جانبی (lateral ).
اسلاید 15 :
جریان تونلی
با تغییر فاصله پروب و نمونه، جریان تونلی نیز تغییر میکند و از آن، به عنوان سیگنالی برای تصویرسازی STM استفاده میشود:
برقراری جریان تونلی در فاصله و ولتاژ مناسب
اسلاید 16 :
شماتیک اجزاء اصلی میکروسکوپ تونلی روبشی
اسلاید 17 :
پیش شرط استفاده از STM
پیش شرط اندازه گیری موفقیت آمیز در مقیاس اتمی دستگاه:
پایداری مکانیکی دستگاه
ضروری است دستگاه STM دارای ساختاری صلب و از نظر ارتعاشات ایزوله باشد تا بتواند محل قرارگرفتن سوزن روی سطح نمونه را با دقت اتمی و بصورت تکرارپذیر تعیین نماید.
