ميكروسكوپ روبشی تونلی (STM)

دسته بندي : فنی و مهندسی » برق، الکترونیک، مخابرات
عنوان مقاله: ميكروسكوپ روبشی تونلی (STM)
قالب فایل: PDF

فهرست مطالب:
● مقدمه
● نگاهي اجمالي به اصول كلي عملكرد STM
● روشهاي مبتني بر استفاده مستقيم از STM در تعيين مشخصات سطوح
● مد ارتفاع ثابت
● مد نقشه برداري از تابع كار سطح
● تعيين نقشة "چگالي حالات انرژي الكترونها" در نقاط مختلف سطح
● مد سنجش نقشة "ترازهاي انرژي ارتعاشي الكترونها" در نقاط مختلف سطح


* مقدمه:
"ميكروسكوپ روبشي تونلي (STM) دستگاهي است كه براي بررسي ساختار و برخي از خواص سطوح مواد رسانا، بيولوژيك كه تا حدي رسانا هستند و همچنين لاي ههاي نازك نارسانا كه روي زيرلايه رسانا لايه نشاني شده اند، در حد ابعاد زير نانومتر، بكار مي رود. مبناي اندازه گيري هندسه و خواص سطحي در اين دستگاه بر اين واقعيت استوار است كه هرگاه فاصلة يك سوزن تيز رسانا از يك سطح رسانا حدود چند آنگستروم باشد ( متصل نشوند) و اختلاف ولتاژي به بزرگي حدود چند ده ميلي ولت به آن اعمال شود جريان الكتريكي حدود چند نانوآمپر بين سوزن و سطح برقرار مي شود. به اين پديده در اصطلاح "جریان تونل زنی" گفته م يشود. اين پديده تنها در ساية مكانيك كوانتمي روي مي دهد چرا كه الكترونها در انتقال از سوزن به سطح و برعكس از ناحيه اي مي گذرند كه انرژي پتانسيل الكترون از انرژي كل آن بزرگتر است (ناحية بين سوزن و سطح). مقدار جريان الكتريكي تابعي از فاصلة سوزن از سطح، شكل و جنس سوزن، هندسه و جنس سطح، و اختلاف ولتاژ سوزن وسطح ميباشد. در دستگاه STM اين سوزن تيز رسانا به بازوهاي پيزوالكتريكي متصل است كه بوسيلة آنها سوزن به هر نقطة دلخواه از سطح با فاصلة دلخواه از آن نقطه منتقل م يشود و امكان بررسي خواص آن نقطه از سطح فراهم مي شود. در تعيين خواص نقاط مختلف سطح از STM به دو صورت مستقيم و غيرمستقيم استفاده مي شود. در واقع در تعيين خواصي كه مستقيماً از روي تغييرات جريان تونلي بر حسب فاصلة سوزن از سطح و اختلاف ولتاژ اعمال شده استنتاج مي شوند از STM بصورت مستقيم استفاده شده است. خواصي از سطح كه بطور مستقيم توسط STM تعيين مي شوند عبارتند از توپوگرافي هندسي سطح، تابع كار نقاط مختلف سطح، چگالي حالات انرژي نقاط مختلف سطح، ترازهاي ارتعاشي نقاط مختلف سطح، حوزه هاي مغناطيسي سطوح و مغناطش آنها.
در دستة ديگري از روشهاي تعيين خواص سطحي، از جريان تونلي براي تحريك الكترونهاي يك نقطه از سطح استفاده مي شود. در اين حالت بطور موقت برخي از خصوصيات آن نقطه از سطح تغيير م يكند كه باعث مي شود اين سطوح توسط روش هاي ديگر اسپكتروسكوپي ( مانند اسپكتروسكوپي رامان، لومينسانس) قابل شناسايي شوند. بعنوان مثال آشكار سازي انرژي فوتونهاي لومينسانس (فوتونهايي كه در بازگشت الكترونهاي تحريك شده بر اثر جريان تونلي به ترازهاي پايينتر توليد مي شوند) بعنوان اثر انگشت ترازهاي انرژي آن نقطه از سطح محسوب م يشود. همچنين جريان موضعي تونلي باعث افزايش يك ميليون برابري سطح مقطع رامان مي شود كه با اسپكتروسكوپي رامان آشكارسازي خصوصيات آن نقطه از سطح ممكن م يشود. در بخشهاي بعدي كاربردهاي مختلف مستقيم و غيرمستقيم STM در مطالعه و تعيين خواص سطوح با تفصيل بيشتري بيان خواهد شد."