Сканирующий туннельный микроскоп

Схема работы сканирующего туннельного микроскопа

Сканирующий туннельный микроскоп (СТМ, англ. STM в scanning tunneling microscope) в вариант сканирующего зондового микроскопа, предназначенный для измерения рельефа проводящих поверхностей с высоким пространственным разрешением. В СТМ острая металлическая игла подводится к образцу на расстояние нескольких ангстрем. При подаче на иглу относительно образца небольшого потенциала возникает туннельный ток. Величина этого тока экспоненциально зависит от расстояния образец-игла. Типичные значения 1в1000 пА при расстояниях около 1 Å. Сканирующий туннельный микроскоп первый из класса сканирующих зондовых микроскопов; атомно-силовой и сканирующий ближнепольный оптический микроскопы были разработаны позднее.

В процессе сканирования игла движется вдоль поверхности образца, туннельный ток поддерживается стабильным за счёт действия обратной связи, и показания следящей системы меняются в зависимости от топографии поверхности. Такие изменения фиксируются, и на их основе строится карта высот. Другая методика предполагает движение иглы на фиксированной высоте над поверхностью образца. В этом случае фиксируется изменение величины туннельного тока и на основе данной информации идет построение топографии поверхности.

Таким образом сканирующий туннельный микроскоп (СТМ) включает следующие элементы:

зонд (иглу),
систему перемещения зонда относительно образца по 2-м (X-Y) или 3-м (X-Y-Z) координатам,
регистрирующую систему.

Регистрирующая система фиксирует значение функции, зависящей от величины тока между иглой и образцом, либо перемещения иглы по оси Z. Обычно регистрируемое значение обрабатывается системой отрицательной обратной связи, которая управляет положением образца или зонда по одной из координат (Z). В качестве системы обратной связи чаще всего используется ПИД-регулятор. Ограничения на использование метода накладываются, во-первых, условием проводимости образца (поверхностное сопротивление должно быть не больше 20 МОм/см²), во-вторых, условием «глубина канавки должна быть меньше её ширины», потому что в противном случае может наблюдаться туннелирование с боковых поверхностей. Но это только основные ограничения. На самом деле их намного больше. Например, технология заточки иглы не может гарантировать одного острия на конце иглы, а это может приводить к параллельному сканированию двух разновысотных участков. Кроме ситуации глубокого вакуума, во всех остальных случаях мы имеем на поверхности осаждённые из воздуха частицы, газы и т. д. Технология грубого сближения также оказывает колоссальное влияние на действительность полученных результатов. Если при подводе иглы к образцу мы не смогли избежать удара иглы о поверхность, то считать иглу состоящей из одного атома на кончике пирамиды будет большим преувеличением.

[править] История создания

Сканирующий туннельный микроскоп (СТМ) в современном виде изобретен (принципы этого класса приборов были заложены ранее другими исследователями) Гердом Карлом Биннигом и Генрихом Рорером из лаборатории IBM в Цюрихе в 1981 году. За это изобретение были удостоены Нобелевской премии по физике за 1986 год, которая была разделена между ними и изобретателем просвечивающего электронного микроскопа Э. Руска.

В СССР первые работы по этой тематике были сделаны в 1985 году в Институте Физических проблем АН СССР.

[править] Литература

Arie van Houselt and Harold J. W. Zandvliet Colloquium: Time-resolved scanning tunneling microscopy (англ.) // Rev. Mod. Phys.. в 2010. в Т. 82. в С. 1593в1605.

[править] Ссылки

Сканирующая зондовая микроскопия
Основные методы	Атомно-силовой · Сканирующий туннельный
Прочие методы	Электросиловой · Электрохимический сканирующий туннельный · Метод Кельвина · Магнитно-силовой · Магниторезонансный силовой · Ближнепольный оптический · Фототермальная микроспектроскопия · Сканирующий емкостной · Scanning gate · Сканирование датчиком Холла · Ионной проводимости · Спиновой поляризационный сканирующий туннельный · Сканирующая микроскопия напряжения · Нанолитография · Особенность-ориентированное сканирование
Приборы и материалы	Кантилевер
См. также	Нанотехнологии · Микроскоп · Микроскопия

Сканирующий туннельный микроскоп

[править] История создания

[править] Литература

[править] Ссылки

Личные инструменты

Пространства имён

Варианты

Просмотры

Действия

Поиск

Навигация

Участие

Печать/экспорт

Инструменты

На других языках