Основные понятия и термины нанонауки и нанохимии
Атомно-силовая микроскопия
жүктеу/скачать 1,04 Mb. Pdf көрінісі
|
|
3.3.2.3. Атомно-силовая микроскопия Атомно-силовая микроскопия (АСМ) – один из методов зондовой сканирующей микроскопии, применяемый для исследования локаль- ных свойств поверхности, в котором анализируют силу взаимодейст- вия иглы кантилевера (зонда) с поверхностью исследуемого образца в процессе сканирования (рис. 3.9). АСМ также используется для на- правленного модифицирования поверхности вещества (материала) на уровне отдельных атомов. Атомно-силовой микроскоп был создан Биннигом, Куэйтом и Гербером в 1986 г. Фундаментальное различие между СТМ и АСМ со- стоит в том, что первый измеряет силу туннельного тока между скани- рующим зондом и поверхностью образца, а второй – силу взаимодей- ствия между ними. Рис. 3.9. Схема работы атомно-силового микроскопа ( https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=10487376) В отличие от сканирующей туннельной микроскопии, АСМ по- зволяет исследовать как проводящие, так и непроводящие поверхно- сти. Пространственное разрешение атомно-силового микроскопа зави- 28 сит от размера кантилевера и кривизны его острия. Разрешение дости- гает атомарного уровня по горизонтали и существенно превышает его по вертикали. Под взаимодействием понимают притяжение зонда и поверхности под действием сил Ван-дер-Ваальса и отталкивание за счет электростатических сил. Когда игла находится на достаточно большом расстоянии от образца, зонд слабо притягивается к образцу. С уменьшением расстояния это притяжение усиливается до тех пор, пока электронные облака иглы и атомов поверхности не начнут испы- тывать электростатическое отталкивание. Силы притяжения и оттал- кивания уравновешиваются на расстоянии порядка длины химической связи (несколько десятых нм); при меньших расстояниях доминирует отталкивание. Изображение наноструктуры, в которой светлые вертикальные поверхности высотой ~ 15 нм представляют собой оксид, созданный на поверхности GaAlAs анодным окислением с помощью АСМ и обра- зующий барьер для движения двумерного электронного газа, приведе- но на рис. 3.10. Рис. 3.10. Квантовая гетероструктура GaAlAs. Автор: Dr. A. Fuhrer (Цюрих, Швейцария). Портал SPMage Prize, www.icmm.csic.es/spmage В зависимости от типа взаимодействия, которое используют для построения изображения, различают различные режимы работы мик- роскопов: контактный, полуконтактный и бесконтактный. При контактном режиме расстояние от иглы до образца составляет порядка нескольких десятых нанометра. Игла АСМ находится в мяг- ком физическом контакте с образцом и подвержена действию сил от- талкивания. Взаимодействие между иглой и образцом заставляет кан- тилевер изгибаться, повторяя топографию поверхности. Топографиче- 29 ские изображения в АСМ обычно получают в одном из двух режимов: постоянной высоты или постоянной силы. При использовании АСМ в нанолитографии работа ведется в контактном режиме с контролируе- мым перемещением острия зонда по заданной схеме. При бесконтактном режиме (режиме притяжения) кантилевер с помощью пьезокристалла колеблется над изучаемой поверхностью с амплитудой ~ 2 нм, превышающей расстояние между зондом и по- верхностью. По изменению амплитуды или сдвигу резонансной часто- ты колебаний в ходе сканирования поверхности определяется сила притяжения и формируется изображение поверхности. Полуконтактный режим аналогичен бесконтактному режиму с тем отличием, что игла кантилевера в нижней точке своих колебаний слег- ка касается поверхности образца. При использовании специальных кантилеверов можно также реги- стрировать силы трения, магнитные, электростатические и адгезион- ные силы, распределения поверхностного потенциала и электрической емкости и т.д. жүктеу/скачать 1,04 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|