Электронная микроскопия

Рис.6. Формирование СТМ изображений поверхности по методу постоянного туннельного тока (а) и постоянного среднего расстояния (б).

Атомно-силовая микроскопия

Атомно-силовой микроскоп (АСМ) был изобретен в 1986 году Гердом Биннигом, Кэлвином Куэйтом и Кристофером Гербером. В основе работы АСМ лежит силовое взаимодействие между зондом и поверхностью, для регистрации которого используются специальные зондовые датчики, представляющие собой упругую консоль с острым зондом на конце. Сила, действующая на зонд со стороны поверхности, приводит к изгибу консоли. Регистрируя величину изгиба, можно контролировать силу взаимодействия зонда с поверхностью. В общем случае данная сила имеет как нормальную к поверхности, так и латеральную (лежащую в плоскости поверхности образца) составляющие.

Силы взаимодействия зонда с поверхностью разделяют на короткодействующие и дальнодействующие.

Короткодействующие силы возникают на расстоянии порядка 0,1-1 нм при перекрытии электронных оболочек атомов острия иглы и поверхности и быстро падают с увеличением расстояния. В короткодействующее взаимодействие с атомами поверхности вступает только несколько атомов на острие иглы. При получении изображения поверхности с помощью этого типа сил АСМ работает в контактном режиме.

Возникновение дальнодействующих сил обусловлено ван-дер- ваальсовым, электростатическим или магнитным взаимодействием. Такие силы характеризуются более слабой зависимостью от расстояния и проявляются при величине зазора игла - образец от 0,1 до 1000 нм. Существенно, что в дальнодействующее взаимодействие, в силу его сравнительно слабого спада с увеличением расстояния, вносит вклад значительное число атомов, образующих острие иглы зонда. Исследование поверхности при использовании дальнодействующих сил производится в бесконтактном режиме.

В зависимости от типа взаимодействия АСМ может работать в одном из следующих режимов.

В контактном режиме (соответствует области отталкивания на графике межатомных сил) зонд прижимается к образцу, и его отклонение вызвано взаимным отталкиванием атомов острия иглы и поверхности в результате перекрывания их электронных оболочек и кулоновского отталкивания ядер.

В бесконтактном режиме (соответствует области притяжения на графике межатомных сил) АСМ отслеживает притягивающие ван-дер-ваальсовые силы между острием сканирующей иглы и образцом. Зазор между острием и образцом обычно составляет 5-10 нм.

Промежуточное положение между контактным и бесконтактным занимает режим периодического кратковременного контакта иглы с поверхностью в процессе сканирования, так называемый режим «обстукивания» (tapping mode). В этом режиме консоль колеблется на собственной резонансной частоте с высокой амплиту¬дой порядка 50-100 нм. При таких амплитудах игла соприкасается с поверхностью в момент максимального отклонения консоли вниз от положения равновесия, что существенно изменяет частоту, фазу и амплитуду его колебаний. Режим «обстукивания» характеризуется более высоким разрешением в горизонтальной плоскости по сравнению с контактным режимом.

На основе описанных принципов работы АСМ разработаны различные модификации микроскопа и методики измерения магнитных, электростатических, механических и многих других свойств поверхности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

В данной работе кратко изложены некоторые основы сканирующей зондовой микроскопии и электронной микроскопии. Рассмотрены принципы работы основных типов зондовых микроскопов (сканирующего туннельного микроскопа, атомно-силового микроскопа), наиболее широко используемых в научных исследованиях.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

1.Миронов В.Л. - Основы сканирующей зондовой микроскопии. // Москва: Техносфера, 2009. -144с.

2. Пул, Ч. Нанотехнологии: учеб.пособие / Пул, Ч., Оуэнс, Ф.-М.: Техносфера, 2005.-334 с.

3. Головин Ю.И. Введение  в нанотехнологию.-М.: Изд-во «Машиностроение», 2007-493 с.

4. Светухин В.В., Разумовская И.В.-Введение в нанотехнологии. - Ульяновск: УлГУ, 2008. - 160 с.

5. Кулаков Ю. А. Электронная микроскопия / Ю. А. Кулаков, – М.: Знание, 1981, – 64 с.