اصل میکروسکوپ الکترونی تونل زنی روبشی
میکروسکوپ تونل زنی روبشی (STM) ابزاری است که از اثر تونل زنی در نظریه کوانتومی برای تشخیص ساختار سطحی مواد استفاده می کند. از اثر تونل زنی کوانتومی الکترون ها بین اتم ها برای تبدیل آرایش اتم ها روی سطح مواد به اطلاعات تصویری استفاده می کند. از.
معرفی
میکروسکوپ الکترونی عبوری در مشاهده ساختار کلی ماده بسیار مفید است، اما در تجزیه و تحلیل ساختار سطح دشوارتر است، زیرا میکروسکوپ الکترونی عبوری اطلاعات را از طریق الکتریسیته پرانرژی از طریق نمونه به دست می‌آورد که ماده نمونه را منعکس می‌کند. . اطلاعات داخلی. اگرچه میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) می‌تواند شرایط سطحی خاصی را نشان دهد، از آنجایی که الکترون‌های فرودی همیشه انرژی خاصی دارند و به داخل نمونه نفوذ می‌کنند، به اصطلاح «سطح» تجزیه‌وتحلیل شده همیشه در عمق معینی است و نرخ شکافتن نیز همینطور است. به شدت تحت تاثیر قرار گرفت. حد. اگرچه میکروسکوپ الکترونی گسیل میدانی (FEM) و میکروسکوپ یونی میدانی (FIM) می توانند به خوبی برای تحقیقات سطحی استفاده شوند، نمونه باید به طور خاص آماده شود و فقط می تواند بر روی یک نوک سوزن بسیار نازک قرار گیرد و نمونه نیز باید بتواند مقاومت کند. میدان های الکتریکی با شدت بالا، به طوری که دامنه کاربرد آن را محدود می کند.
میکروسکوپ الکترونی تونلی روبشی (STM) بر اساس یک اصل کاملاً متفاوت کار می کند، این میکروسکوپ با عمل بر روی نمونه با پرتوهای الکترونی (مانند میکروسکوپ های الکترونی روبشی و انتقالی) اطلاعاتی در مورد ماده نمونه به دست نمی آورد و همچنین از یک میکروسکوپ الکترونی روبشی استفاده نمی کند. میدان الکتریکی برای افزایش بیشتر الکترون‌های نمونه از بیرون می‌آید. تصویربرداری جریان انتشار (مانند میکروسکوپ الکترونی گسیل میدانی) که توسط انرژی کار تشکیل شده است، می‌تواند برای مطالعه مواد نمونه استفاده شود. با تشخیص جریان تونل روی سطح نمونه، تصویربرداری می شود تا سطح نمونه مورد مطالعه قرار گیرد.
اصل
میکروسکوپ تونل زنی روبشی نوع جدیدی از دستگاه میکروسکوپی برای تشخیص مورفولوژی سطح جامدات با تشخیص جریان تونل زنی الکترون ها در اتم ها بر روی سطح جامد طبق اصل اثر تونل زنی در مکانیک کوانتومی است.
به دلیل اثر تونل زنی الکترون ها، الکترون های فلز به طور کامل در مرز سطح محصور نمی شوند، یعنی چگالی الکترون ها در مرز سطح به طور ناگهانی به صفر نمی رسد، بلکه به طور تصاعدی در خارج از سطح فروپاشی می کند. طول واپاشی حدود 1 نانومتر است که معیاری از سد سطحی الکترونها برای فرار است. اگر دو فلز بسیار نزدیک به یکدیگر باشند، ابرهای الکترونی آنها ممکن است همپوشانی داشته باشند. اگر ولتاژ کمی بین دو فلز اعمال شود، یک جریان الکتریکی (به نام جریان تونل زنی) بین آنها قابل مشاهده است.
شیوه ی کار
اگرچه پیکربندی میکروسکوپ های الکترونی تونلی روبشی متفاوت است، اما همه آنها شامل سه بخش اصلی زیر هستند: یک سیستم مکانیکی (جسم آینه ای) که پروب را برای انجام حرکات سه بعدی نسبت به سطح نمونه رسانا هدایت می کند و برای کاوشگر را کنترل و نظارت کنید. سیستم الکترونیکی برای فاصله از نمونه و سیستم نمایش برای تبدیل داده های اندازه گیری شده به تصاویر. دارای دو حالت کار است: حالت جریان ثابت و حالت ثابت بالا.
حالت جریان ثابت
جریان تونل زنی توسط یک مدار بازخورد الکترونیکی کنترل و ثابت نگه داشته می شود. سپس سیستم کامپیوتری نوک سوزن را برای اسکن روی سطح نمونه کنترل می کند، یعنی حرکت نوک سوزن را به صورت دو بعدی در امتداد جهت های x و y انجام می دهد. از آنجایی که جریان تونل باید کنترل شود تا ثابت باشد، ارتفاع محلی بین نوک سوزن و سطح نمونه نیز ثابت می ماند، بنابراین نوک سوزن همان بالا و پایین رفتن سطح نمونه را انجام می دهد. اطلاعات ارتفاع بر این اساس منعکس خواهد شد. بیا بیرون. یعنی میکروسکوپ الکترونی تونلی روبشی اطلاعات سه بعدی سطح نمونه را به دست می آورد. این روش کاری اطلاعات تصویری جامع، تصاویر میکروسکوپی با کیفیت بالا را به دست می آورد و به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد.
حالت ارتفاع ثابت
در طول فرآیند اسکن نمونه، ارتفاع مطلق نوک سوزن را ثابت نگه دارید. سپس فاصله محلی بین نوک سوزن و سطح نمونه تغییر خواهد کرد و اندازه جریان تونل I نیز بر این اساس تغییر خواهد کرد. تغییر جریان تونل I توسط کامپیوتر ثبت می شود و به آن تبدیل می شود. سیگنال تصویر نمایش داده می شود، یعنی یک میکروسکوپ الکترونی تونل روبشی به دست می آید. این روش کار فقط برای نمونه هایی با سطوح نسبتاً صاف و تک جزء مناسب است.
