አጋፎኖቭ ኪሪል
ዲዛይን እና ምርምር ሥራ
አውርድ:
ቅድመ እይታ፡
የGOU አማካኝ አጠቃላይ ትምህርት ቤት №301
የሞስኮ ስቴት የቴክኖሎጂ ዩኒቨርሲቲ
"ስታንኪን"
ዲዛይን እና ምርምር ሥራ
በሚለው ርዕስ ላይ፡-
"ዋሻ ማይክሮስኮፕ እንደ ናኖቴክኖሎጂ መሳሪያ"
የተጠናቀቀው በ: 11a ክፍል ተማሪ
አጋፎኖቭ ኪሪል ሰርጌቪች
ሳይንሳዊ ሱፐርቫይዘር: የቴክኒክ ሳይንስ እጩ
ቦጎሞሎቭ አሌክሲ ቫለንቲኖቪች
የፊዚክስ መምህር፡ ምህንድስና እና ቴክኖሎጂ ማስተር
ፔስትሬሶቭ ቭላድሚር ቪክቶሮቪች
ሞስኮ, 2006
1. መግቢያ ………………………………………………………………………………………….3
2. የፍተሻ መሿለኪያ ማይክሮስኮፕ ኦፐሬቲንግ ሲስተም …………………………………………………………………………………
2.2. የመሿለኪያው ውጤት ምንድን ነው?................................4
3. የዋሻው ማይክሮስኮፕ ቴክኒካዊ ችሎታዎች...9
3.2. የማመልከቻ ቦታዎች ……………………………………………………………………………………
4. ናኖቴክኖሎጂ. የልማት ተስፋዎች ……………………………………………………
5. ማጠቃለያ …………………………………………………………… 16
6. ዋቢዎች …………………………………………17
1 መግቢያ.
ፊዚክስ የገጽታ ክስተቶችበአሁኑ ጊዜ, በጣም የተጠናከረ የሳይንስ ቅርንጫፎች አንዱ ነው. በመስኩ መሰረታዊ ምርምር ላይ ነው።ጠንካራ ወለል ፊዚክስበዘመናዊ ጥቃቅን እና ስኬቶች ላይ የተመሰረተናኖኤሌክትሮኒክስ, የተለያዩ የኤሌክትሮኒክስ, የአቶሚክ እና ሞለኪውላዊ ሂደቶችን በጠጣር ወለል ላይ በማጥናት. ይቀራል አስቸኳይ ተግባርእና የተወደደ ምኞትሳይንቲስቶች ለብዙ ዓመታት - ላይ ላዩን ግለሰብ አቶሞች ባህሪ ቀጥተኛ ምልከታ ጠንካራእና ነጠላ ወይም ትንሽ የአተሞች ቡድኖችን የሚያካትቱ ሂደቶችን ማጥናት.
የማንኛውንም ነገር ባህሪያት ለመረዳት ዋናው ጠቀሜታ የአቶሚክ አወቃቀሩን ማወቅ ነው, ስለዚህም ትርጉሙላይ ላዩንመዋቅሮች- በጣም አስፈላጊ ከሆኑት የገጽታ ፊዚክስ ክፍሎች አንዱ። ባለፉት 30 ዓመታት ውስጥ የጠንካራ ንጣፎች ጥቃቅን መዋቅር በኤሌክትሮን እና ion ጨረሮች መበታተን እና መበታተን ዘዴዎች በጥልቀት ጥናት ተደርጓል። ይሁን እንጂ አብዛኛዎቹ እነዚህ ዘዴዎች በመጀመሪያ የተገነቡት የጠንካራዎችን ጥራዝ አወቃቀር ለማጥናት ነው, ስለዚህ ሁልጊዜ ስለ ወለል አወቃቀሩ በተለይም በ ላይ መረጃ ለማግኘት ተስማሚ አይደሉም. የአቶሚክ ደረጃ. እ.ኤ.አ. በ 1982 ፈጠራ በጂ ቢኒግ እና ጂ. ሮሬርመሿለኪያ ማይክሮስኮፕ መቃኘት, በናሙናዎች መጠን ላይ ገደብ የማይጥል, በእውነቱ ለአዲስ ጥቃቅን ዓለም በር ከፍቷል.
2 . የፍተሻ ዋሻ ማይክሮስኮፕ አሠራር መርህ.
በተፈጥሮው ኤሌክትሮን ሁለቱም ሞገድ እና የአስከሬን ባህሪያት. ስሌቶች እንደሚያሳዩት በአቶም ውስጥ የኤሌክትሮኖች ሞገድ ተግባራት nonzero እና ከሉል ውጭ ናቸው, ከአቶም ውጤታማ የመስቀለኛ ክፍል ዲያሜትር (የአቶም መጠን). ስለዚህ፣ አተሞች እርስ በርስ ሲቃረቡ፣ የኢንተርአቶሚክ አስጸያፊ ኃይሎች ከፍተኛ ውጤት ማምጣት ከመጀመራቸው በፊት የኤሌክትሮን ሞገድ ተግባራት ይደራረባሉ። ኤሌክትሮኖች ከአንድ አቶም ወደ ሌላ መተላለፍ ይቻል ይሆናል። ስለዚህ የኤሌክትሮኖች መለዋወጥም ይቻላል በሁለቱ አካላት መካከል ያለ ግንኙነት በተቀራረቡ ማለትም ያለ ሜካኒካል ግንኙነት።
- አንዱ አካል ነፃ ኤሌክትሮኖች (ኮንዳክሽን ኤሌክትሮኖች) ሊኖራቸው ይገባል፣ ሌላኛው ደግሞ ያልተሞሉ መሆን አለበት። የኤሌክትሮኒክ ደረጃዎችኤሌክትሮኖች የሚሄዱበት ቦታ;
- በአካላት መካከል ሊኖር የሚችል ልዩነት መተግበር አስፈላጊ ነው, እና መጠኑ ለማግኘት ከሚያስፈልገው ጋር ሲነጻጸር ተመጣጣኝ አይደለም. የኤሌክትሪክ ክፍያበሁለት አካላት መካከል ያለውን የአየር ዳይኤሌክትሪክ ክፍተት ሲፈተሽ.
የኤሌክትሪክ ፍሰት በ የተሰጡ ሁኔታዎች, በዋሻው ውጤት ተብራርቷል እና የቶንል ጅረት ይባላል.
2.2. የዋሻው ውጤት ምንድን ነው?
የዋሻው ተጽእኖ የአንደኛ ደረጃ ቅንጣት እድል ነው
ለምሳሌ ኤሌክትሮን (መሿለኪያ) ማለፍ ይችላል። እምቅ እንቅፋት, ማገጃው ኃይል ከጠቅላላው የንጥሉ ኃይል ከፍ ባለበት ጊዜ. በአጉሊ መነጽር ውስጥ የቶንል ተጽእኖ ሊኖር የሚችልበት እድል በፊዚክስ ሊቃውንት ሲፈጠር ተረድቷል የኳንተም ሜካኒክስ, በእኛ ክፍለ ዘመን 20-30 ዎቹ ውስጥ. በመቀጠል፣ በዋሻው ውጤት፣ አንዳንድ በጣም አስፈላጊ ክስተቶች በሙከራ ተገኝተዋል የተለያዩ አካባቢዎችፊዚክስ.
ምስል.1 ሀ - የ STM አሠራር መርህ;р x, р y, р z - የፓይዞ ንጥረ ነገሮች;- በቲፕ-ፕሮብ እና በናሙና መካከል ያለው የዋሻ ክፍተት ክፍተት;እኔ ቲ - የዋሻው ፍሰት; b - የ STM አሠራርን የሚያሳይ ንድፍ. ቮልቴጅ በሚተገበርበት ጊዜ የሚፈጠረው የመቃኛ ጅረትቪ ሰ , በወረዳው በቋሚነት ይጠበቃል አስተያየት, የፓይዞኤሌክትሪክ አካልን በመጠቀም የጫፉን አቀማመጥ ይቆጣጠራል p z . የቮልቴጅ ሞገድ ቀረጻቪ ዝ በመጥረቢያዎቹ ላይ ባለው የ sawtooth ፍተሻ የቮልቴጅ በአንድ ጊዜ ተጽዕኖ ስር ባለው የግብረመልስ ወረዳ ውስጥ x እና y የመሿለኪያ ምስል ይፈጥራል፣ እሱም የናሙና ወለል ብዜት አይነት ነው። |
የፍተሻ መሿለኪያ ማይክሮስኮፕ (STM) የአሠራር መርህ በጣም ቀላል ነው ፣ ግን በመሠረቱ በገጽ ፊዚክስ ውስጥ ጥቅም ላይ ከዋሉት ሁሉም ቴክኒኮች የተለየ ነው። በኤሌክትሮ መካኒካል ድራይቭ ላይ የተጫነ ቀጭን የብረት ጫፍ ( X፣ Y፣ Z -positioner), የናሙናውን ወለል ቦታዎችን ለመመርመር እንደ መመርመሪያ ያገለግላል (ሩዝ. 1ሀ ). እንዲህ ዓይነቱ ጫፍ በርቀት ላይ ወደ ላይ ሲመጣ, ከዚያም ትንሽ (ከ 0.01 እስከ 10 ቮ) አድልዎ ቮልቴጅ በጫፍ እና በናሙና መካከል ሲተገበር.ቪ ሰ በቫኩም ክፍተት በኩልመፍሰስ ይጀምራልየቶንል ፍሰትእኔ 10-9 ነው . የኤሌክትሮኒካዊ ግዛቶች በእያንዳንዱ የአቶሚክ ቦታ ላይ የተተረጎሙ ናቸው ብለን በማሰብ የናሙናውን ወለል ወደ አቅጣጫ ሲቃኙ X እና/ወይም Y በወረዳው ውስጥ ያለውን የውጤት ምልክት በአንድ ጊዜ በመለካት በአቶሚክ ደረጃ ላይ ያለውን የወለል መዋቅር ምስል ማግኘት ይቻላል.
ለ STM ኦፕሬቲንግ ሁነታ ሁለት አማራጮች አሉ-ቋሚ ቁመት ሁነታ እና ቋሚ የአሁኑ ሁነታ.
ሀ ለ |
ምስል.2. የግል መለያ ሥራ ልዩነቶች። ሀ) ቋሚ ቁመት ሁነታ. ለ) የማያቋርጥ የአሁኑ ሁነታ. |
በቋሚ ቁመት ሁነታ ሲሰራ, የመርፌው ጫፍ በጥናት ላይ ካለው ወለል በላይ በአግድም አውሮፕላን ውስጥ ይንቀሳቀሳል (ምስል 2 ሀ). በዚህ ሁኔታ, የዋሻው ጅረት ይለዋወጣል እና ከነዚህ ለውጦች የናሙናውን ወለል እፎይታ በቀላሉ ማወቅ ይቻላል.
በቋሚ ሞድ (ምስል 2 ለ) ውስጥ በሚሠራበት ጊዜ የመርፌውን ጫፍ ወደ ቋሚ አቅጣጫ በማንቀሳቀስ የዋሻው ወቅታዊውን ቋሚነት የሚይዝ የግብረመልስ ስርዓት ጥቅም ላይ ይውላል. በዚህ ሁኔታ, ስለ የላይኛው የመሬት አቀማመጥ መረጃ የሚገኘው በመርፌው እንቅስቃሴ ላይ ባለው መረጃ ላይ በመመርኮዝ ነው.
በአጠቃላይ፣ STM እንደ ሶስት ፅንሰ-ሀሳቦች ጥምረት ተደርጎ ሊወሰድ ይችላል፡ መቃኘት፣ መሿለኪያ እና የአካባቢ ዳሳሽ። አንድን ነገር ለማሳየት እራሱን መፈተሽ በሌሎች የአጉሊ መነጽር ዓይነቶች ለምሳሌ በኤሌክትሮን ማይክሮስኮፕ ላይ እንዲሁም በቴሌቭዥን ቴክኖሎጂ ውስጥ በስፋት ጥቅም ላይ ይውላል እና ኤሌክትሮን ዋሻ በተሳካ ሁኔታ ለማጥናት ጥቅም ላይ ውሏል. አካላዊ ባህሪያትጠንካራ ሁኔታ STM ከመምጣቱ ከረጅም ጊዜ በፊት (እንዲሁም የእውቂያ ስፔክትሮስኮፕ)። ይህ ሁሉ ኤስ.ኤም.ኤም ሌንሶችን ያልያዘ ልዩ ማይክሮስኮፕ ያደርገዋል ፣ ይህ ማለት ምስሉ በተበላሸ ምክንያት አይዛባም ፣ ምስሉን የፈጠሩት ኤሌክትሮኖች ኃይል ከበርካታ አይበልጥም ።ኤሌክትሮን-ቮልት(ማለትም ከተለመደው ያነሰ ጉልበት) የኬሚካል ትስስር), ነገር ግን አጥፊ ያልሆነን ነገር የመሞከር እድል ይሰጣል ኤሌክትሮን ማይክሮስኮፕበከፍተኛ ጥራት, ወደ ብዙ ኪሎ ኤሌክትሮን ቮልት እና አልፎ ተርፎም ሜጋኤሌክትሮ ቮልት ይደርሳል, ይህም የጨረር ጉድለቶች እንዲፈጠሩ ያደርጋል.
ምንም እንኳን ቀላል ቢሆንም, የ STM ዲዛይን እና ምርት አሁንም ይቀራል አስቸጋሪ ተግባር. ዛሬም ቢሆን፣ በእውነተኛ የአቶሚክ ጥራት የሚሰሩ ኤስቲኤም ያላቸው ጥቂት ላቦራቶሪዎች አሉ። ሁሉም STMዎች በሁለት ዋና ዋና ቡድኖች ሊከፈሉ ይችላሉ-በአየር ውስጥ የሚሰሩ (ወይም በሌላ አካባቢ) እና እጅግ በጣም ከፍተኛ በሆነ የቫኩም ሁኔታዎች ውስጥ. በክሪዮጅኒክ የሙቀት መጠን የሚሰሩ ዝቅተኛ የሙቀት መጠን ያላቸው STMዎችም አሉ። ወደፊት ስለ እጅግ በጣም ከፍተኛ-vacuum STMs ብቻ እንነጋገራለን የክፍል ሙቀት. በገንቢዎች ላይ የሚያጋጥሟቸውን ዋና ዋና ችግሮች እንዘርዝር፡-
1) ከአኮስቲክ እና ሜካኒካዊ ንዝረቶች መለየት;
2) በከፍተኛ ፍጥነት እና ዝቅተኛ ድምጽ ያለው ኤሌክትሮኒክስ በሰፊው ተለዋዋጭ ክልል ውስጥ የሚሰራ;
3) ከናሙና ጋር የተለያዩ መጠቀሚያዎችን የሚፈቅዱ አስተማማኝ እጅግ በጣም ከፍተኛ-ቫኩም ሁኔታዎችን መስጠት;
4) ቀጭን አቶሚክ ለስላሳ መመርመሪያ ምክሮች እና መመርመሪያዎቻቸው ማምረት።
መጀመሪያ ላይ ሊታለፍ የማይችል የሚመስለውን የንዝረት ማግለል ችግር ለመፍታት ቢኒግ እና ሮህሬር ሱፐርኮንዳክሽን ተጠቅመዋል። መግነጢሳዊ እገዳየናሙና እና የመቃኛ ክፍልን ለማስተናገድ. በኋላ ይህ ችግር በረጅም ምንጮች ላይ በቫኩም ውስጥ ሙሉውን ማይክሮስኮፕ ልዩ እገዳን በመጠቀም እና የፍተሻ ክፍሉን በትልቅ የንዝረት ማግለል ጠረጴዛ ላይ በማስቀመጥ ተፈትቷል. የመርማሪውን ጫፍ በርቀት ወደ ናሙና ለማምጣትከበርካታ angstroms ጋር እኩል የሆነ እና በመሬት ላይ በመቃኘት በፓይዞኤሌክትሪክ ላይ የተመሠረተ ፒዞሞተር ጥቅም ላይ ውሏል - እነዚህ በመቆጣጠሪያ ቮልቴጅ ተጽእኖ ስር መጠኖቻቸውን የሚቀይሩ ቁሳቁሶች ናቸው (ሩዝ. 1ሀ)
የኤስቲኤም መሳሪያውን እና አሰራሩን የሚያሳይ ንድፍ ይታያልምስል 1 ለ. ወደ ፓይዞኤሌክትሪክ ኤለመንት p z ቮልቴጅ ከአስተያየት ማጉያው ውፅዓት ይቀርባል, ይህም በናሙና እና በጫፉ መካከል ያለውን ክፍተት መጠን እና በዚህም የዋሻው ጅረት መጠን ይወስናል. የመሿለኪያ ጅረት ራሱ ሁል ጊዜ ከታቀደው የአሁኑ ጋር ተመጣጣኝ መሆን አለበት፣ ይህም በኮምፒዩተር ቁጥጥር የሚደረግበት የግብረመልስ ዑደት ነው። ለፓይዞኤለመንት p x እና p y በተመሳሳዩ ኮምፒዩተር ቁጥጥር ስር ፣ sawtooth voltages ተተግብረዋል ፣ ይህም በቴሌቪዥን ውስጥ እንዴት እንደሚደረግ ተመሳሳይ አግድም እና ቀጥታ ስካን (ራስተር) ይመሰርታሉ። የቮልቴጅ ሞገዶችቪ ዝ በኮምፒዩተር ይታወሳሉ እና ከዚያም ወደ ሱስ ይለወጣሉ z (x, y ), የጫፉን አቅጣጫ ማሳየት እና, ስለዚህም, የናሙና ወለል ዋሻ ምስል መሆን. እንደ ደንቡ ፣ የተመዘገቡት ምልክቶች ለማጣሪያ እና ለተጨማሪ የኮምፒዩተር ማቀነባበሪያ ተገዢ ናቸው ፣ ይህም የምስሉ ንፅፅር ከገጽታ አቀማመጥ ጋር በሚዛመድበት ግራጫ ሚዛን ሁኔታ ውስጥ የመሿለኪያ ምስሎችን ለማቅረብ ያስችላል። ከፍ ያሉ ቦታዎች እና በተቃራኒው. እና በመጋቢት 1981 ከመጀመሪያው የኤስቲኤም ስሪት ጋር እንኳን በመስራት ሂደት ውስጥ (ከተቀረጸ ከ 27 ወራት በኋላ ብቻ) መሠረታዊ ጽንሰ-ሐሳብ!) አሁን ያለው የመሿለኪያ ባህሪ ገላጭ ጥገኝነት በሙከራ ተረጋግጧልእኔ ከርቀት ቲፕ-ናሙና. ማርች 16 ቀን 1981 የመቃኛ መሿለኪያ ማይክሮስኮፕ የትውልድ ቀን ተደርጎ ይወሰዳል።
3. የዋሻው ማይክሮስኮፕ ቴክኒካዊ ችሎታዎች።
የኤስቲኤም ዋና ዋና ቴክኒካዊ ባህሪያት በጥናት ላይ ላለው ነገር ወለል መደበኛ ጥራት እና በ XY አውሮፕላን ውስጥ መፍታት ናቸው። የ STM ትክክለኛ ጥራት በበርካታ ሁኔታዎች ላይ የተመሰረተ ነው, ከእነዚህም ውስጥ ዋናው የውጭ ንዝረት, የአኮስቲክ ድምጽ እና የፍተሻ ዝግጅት ጥራት ናቸው. ምስል 3 በከፍተኛ ደረጃ ላይ ባለው የፒሮሊቲክ ግራፋይት ክሪስታሎግራፊያዊ አውሮፕላን ላይ ትኩስ ስንጥቅ አወቃቀሩን ያሳያል።
በስእል ውስጥ ያሉ መዋቅሮች ምስሎች. 3, a, b, c በዝቅተኛ, መካከለኛ እና ከፍተኛ ደረጃ ጣልቃገብነት ሁኔታዎች ውስጥ ተገኝተዋል.
ሩዝ. 3. በከፍተኛ ደረጃ ላይ ያተኮረ የፒሮሊቲክ ግራፋይት በክሪስታልግራፊክ አይሮፕላን (0001) ላይ ያለ ትኩስ ስንጥቅ የወለል አወቃቀር ምስል በተለያዩ የጣልቃገብነት ደረጃዎች ሀ, b, c.
በስእል 3 ሐ ውስጥ ያለው መዋቅር ምስል በተለመደው ተገኝቷል የላብራቶሪ ሁኔታዎች፣ ማለትም ፣ መቼ ከፍተኛ ደረጃዎችጣልቃ መግባት
ከአጉሊ መነጽር መፍታት በተጨማሪ ጠቃሚ ማጉላት ጠቃሚ ባህሪ ነው. ለ STM, ጠቃሚው ማጉላት ወደ 7 ሚሊዮን ጊዜ ያህል ይሆናል (ለማነፃፀር: ለኦፕቲካል ማይክሮስኮፕ - 1000 ጊዜ).
ሌላው የ STM አስፈላጊ ባህሪ በአውሮፕላኑ ውስጥ ያለው ከፍተኛው የፍተሻ መስክ መጠን ነው XY እና ከፍተኛው የፍተሻ እንቅስቃሴ ወደ ላይኛው መደበኛ። የመጀመሪያዎቹ የኤስቲኤም ዲዛይኖች በጣም ትንሽ የፍተሻ መስክ ነበራቸው (ከ1 አይበልጥም። 1 µm)
የ STM ቴክኒካዊ ችሎታዎች በከፍተኛ ሁኔታ ሊሰፋ ይችላል. ለዚሁ ዓላማ, የቶንሊንግ ኤሌክትሮኖች የኃይል ትንተና ይካሄዳል, ማለትም. የመተላለፊያው ጅረት ስፔክትራል ጥገኝነት ተገኝቷል።
3.2. የአጠቃቀም ቦታዎች.
1. በአቶሚክ ደረጃ ላይ ያሉ ወለሎች ፊዚክስ እና ኬሚስትሪ.
የዋሻው ማይክሮስኮፕ በመጠቀም እንደገና መገንባት ተችሏል የአቶሚክ መዋቅርየበርካታ ቁሳቁሶች ገጽታዎች. STM የኤሌክትሮኒካዊ ግዛቶችን በአቶሚክ ጥራት እንዲያገኙ እና የንጣፍ ንጣፍ ኬሚካላዊ ቅንጅቶችን ፣ በናሙናው ውስጥ በሚፈሱበት ጊዜ ሊኖር የሚችለውን ስርጭት ፣ ወዘተ.
2. ናኖሜትሪ - ከናኖሜትር ጥራት ጋር የናሙና ወለል ሸካራነት ጥናት።
3. ናኖቴክኖሎጂ - በማይክሮ ኤሌክትሮኒክስ ውስጥ የመሳሪያ አወቃቀሮችን ምርምር, ማምረት እና መቆጣጠር.
በ STM ላይ በመመስረት, በተለይም, መረጃን መቅዳት እና ማባዛት ይቻላል. በሚቀዳበት ጊዜ የፍተሻው አካባቢያዊ ተጽእኖ በማከማቻው ላይ ባለው ቦታ ላይ ጥቅም ላይ ይውላል. ይህ ተጽእኖ ሜካኒካዊ ሊሆን ይችላል, በጉድጓዶች መልክ ላይ ሰው ሰራሽ እፎይታ ይፈጥራል - ማህደረ ትውስታ ቢት. ሰው ሰራሽ መሬትእንዲሁም በሙቀት መበስበስ ሊፈጠር ይችላል. በዚህ አጋጣሚ መርማሪው ጥቃቅን መረጃዎችን ለመፍጠር እንደ ቁሳቁስ ተሸካሚ ሆኖ ያገለግላል። ምርመራው እንደዚሁ ሊያገለግል ይችላል። የነጥብ ምንጭኤሌክትሮኖች ለኤሌክትሮን ሊቶግራፊ፣ ኬሚካል ወይም መዋቅራዊ የአካባቢ ዳግም ማቀናበሪያዎች።
በኤሌክትሮን ሊቶግራፊ (ናኖሊቶግራፊ) በመጠቀም መረጃን በሚመዘግቡበት ጊዜ አንድ ፍተሻ በአጭር ጊዜ ጫፉ ውስጥ ያልፋል ታላቅ ጥንካሬየቶንል ፍሰትእኔ ቲ በጨመረ እምቅ ልዩነትዩ , ኤሌክትሮኖች ወይም ionዎች ከጫፍ ወደ ቁስ አካል ወይም በተቃራኒው ይወጣሉ, እና ጉድጓዶች ወይም የመንፈስ ጭንቀት በላዩ ላይ ይፈጠራሉ, ይህም ትንሽ መረጃን ይይዛሉ. የቀረጻ ጥግግት እስከ 10 ይደርሳል 12 ቢት / ሴሜ 2 . ለማነፃፀር፡ መግነጢሳዊ ተፅእኖን (መግነጢሳዊ ዲስኮች) በሚጠቀም ዘመናዊ የማከማቻ መሳሪያ ላይ ያለው የመቅጃ ጥግግት 10 ነው። 7 ቢት / ሴሜ 2 ፣ በ ሌዘር መጋለጥ(ኮምፓክት ዲስኮች - ሲዲ) - እስከ 10 9 ቢት / ሴሜ 2
4. የባዮሎጂካል ቁሶችን ማጥናት- ማክሮ ሞለኪውሎች (የዲ ኤን ኤ ሞለኪውሎችን ጨምሮ) ፣ ቫይረሶች እና ሌሎች ባዮሎጂያዊ መዋቅሮች።
መሆኑን ልብ ሊባል ይገባል። አብዛኛው(በግምት 80%) ከሁሉም የታተሙት ሥራዎች የ STM ትግበራ የመጀመሪያ ቡድን ናቸው። ውስጥ ከቅርብ ጊዜ ወዲህየአራተኛው ቡድን አባል የሆኑ ህትመቶች ቁጥር እየጨመረ ነው.
5. STM በቁሳቁስ ሳይንስ መስክ ሰፊ ተስፋዎች አሉት - በማይክሮ-, ንዑስ- እና ክሪስታል መዋቅሮችየተለያዩ ቁሳቁሶች. እንደ ሌሎች ሁኔታዎች (የጨረር እና የኤሌክትሮን ማይክሮስኮፕ) ማይክሮሴክሽን STM በመጠቀም የቁሳቁሶችን መዋቅር ለማጥናት እንደ እቃዎች ሆነው ሊያገለግሉ ይችላሉ. በማቅለጫ ጊዜ የተገኘው ማይክሮሴክሽን እፎይታ የቁሳቁስን መዋቅር ያንፀባርቃል. ከፍተኛ ጥራት ባለው STM በመጠቀም እፎይታውን ማጥናት በመጀመሪያ ደረጃ የታችኛው መዋቅር ባህሪያትን ያሳያል። የቶንሊንግ ማይክሮስኮፕን የመቃኘት ዘዴ ጉድለቶችን ለማጥናት ሰፊ እድሎችን የሚከፍት ይመስላል ክሪስታል መዋቅር(ክፍት ቦታዎች፣ መፈናቀሎች፣ ወዘተ)፣ የተለያዩ የአተሞች መለያየት፣ በምዕራፍ ለውጦች ወቅት፣ በተለይም በእነሱ ላይ የመጀመሪያ ደረጃዎች. ቁርጠኝነት, የቁሳቁስን መዋቅር ከማጥናት ጋር, የኬሚካል ስብጥርየአካባቢ ዞኖች የአንድ ነገር ወለል ንጣፍ (ኤስቲኤም ስፔክትሮስኮፒ) ፣ በኤሌክትሮን ማይክሮስኮፕ እና በማይክሮ-ኤክስሬይ መዋቅራዊ ትንተና በመቃኘት ለመወዳደር ያስችላል ፣ ይህም በመፍታት ረገድ የኋለኛውን ይበልጣል።
አሁንም ቢሆን STM ን በመጠቀም በቁሳቁስ ሳይንስ ዘርፍ፣ በተለይም በመሠረታዊ ተፈጥሮ ውስጥ በጣም ጥቂት ስራዎች አሉ። በአሁኑ ጊዜ አንዳንድ ብረቶች እና alloys መካከል STM ጥናቶች, 0.5 nm ውፍረት ጋር ብረት ፊልሞች, diffraction gratings (ማይክሮ ኤሌክትሮኒክስ እና holography) ሴሚኮንዳክተሮች, ferrite ራሶች, ብረት ቁሶች ውስጥ ድካም ስንጥቅ, የካርቦን microporous ማጣሪያዎች, አልማዝ- ላይ ሥራ አለ. እንደ ፊልም ፣ ብረት ነጠላ ክሪስታሎች ፣ ሙቀትን የሚከላከሉ ቁሳቁሶች በሲንተሪድ ኳርትዝ ፋይበር ላይ የተመሰረቱ ፣ የዱቄት ቁሳቁሶች ፣ አልማዝ እና ሌሎች የተፈጥሮ ድንጋዮች ፣ ፉልሬኔስ እና ተመሳሳይ ቅርጾች ፣ ፊልሞች ፈሳሽ ክሪስታሎችወዘተ እነዚህ ጥናቶች በዋነኛነት የተገናኙት የተለያዩ ቁሳቁሶችን አወቃቀር ከመለየት ጋር ነው።
4 . ናኖቴክኖሎጂ. የልማት ተስፋዎች.
የፊዚክስ ሊቃውንት። የምርምር ማዕከልየኮምፒዩተር ስጋት በካሊፎርኒያ የሚገኘው IBM Almaden አዲስ ለማምረት ሊጠቀምበት ወሰነ የኮምፒዩተር ስርዓቶችበናኖሜትር እና በአቶሚክ ደረጃ የዶሚኖ መርህ. የዶሚኖ ድንጋዮች ሚና የሚጫወተው በሞለኪውሎች ነው ፣ “ሲወድቁ” ፣ ሰንሰለትን ይፈጥራሉ ፣ የሂሳብ ስራዎች.
ለምርምራቸው ሳይንቲስቶች ስካንንግ ዋሻ ማይክሮስኮፕ ይጠቀማሉ - ፈጠራ የጀርመን የፊዚክስ ሊቅበ1986 የኖቤል ሽልማት ያገኘው ጌርድ ቢኒንግ መግነጢሳዊው ማይክሮስኮፕ መርፌ ወደ ተሸካሚው ወለል ቅርብ ነው ፣ በመካከላቸው - በሚባለው ዋሻ ውጤት - ሀ ኤሌክትሪክ. ዋጋው በተመሳሳይ ደረጃ ይጠበቃል. በማጓጓዣው ላይ በሚንቀሳቀስበት ጊዜ መርፌው ልክ እንደ አቶሚክ “እፎይታ” ዓይነት “እንደሚመረምር” ከመሬት ላይ ይርቃል ወይም ወደ እሱ ይጠጋል።
በአጠቃላይ ፣ የዋሻው ማይክሮስኮፕ በብዙ መንገዶች ከልጅነት ጀምሮ የሚያውቀውን የመዝገብ ተጫዋች ያስታውሳል ፣ በእሱ ውስጥ ብቻ መርፌው የሚሄደው በቪኒል ትራክ እኩልነት ላይ ሳይሆን በመገናኛ ብዙሃን አተሞች ላይ ነው። የእፎይታው ጥናት የሚከናወነው ከወለል ጋር ቀጥተኛ ግንኙነት ሳይደረግ ነው ፣ ግን ይህ ቢሆንም ፣ ተመራማሪዎች ቀድሞውኑ አተሞችን ከቦታ ወደ ቦታ ማንቀሳቀስ ይችላሉ ፣ ከእነሱ እንደ የልጆች Lego ገንቢ። የተጫዋቹ መርፌ በራሱ ፊት ለፊት እንደሚገፋቸው በመዝገቡ ላይ ትናንሽ አቧራዎችን ይይዛል። የዋሻው ማይክሮስኮፕ ተመሳሳይ ነገር ማድረግ የሚችለው በማይክሮ ፓርቲሎች ብቻ ነው።
ለረጅም ጊዜ የ IBM የፊዚክስ ሊቃውንት በግለሰብ አተሞች ላይ የሚያሳስባቸውን የኮርፖሬት አርማ (ምስል 4) መዘርጋት ችለዋል.
ሩዝ. 4. IBM የምርት ስም.
ሆኖም፣ ይህ በቅርብ ጊዜ የላብራቶሪ ዳይሬክተር አንድሪያስ ሄንሪች ካገኙት ውጤት ጋር ሲነጻጸር ምንም አይደለም ማለት ይቻላል፡-
"በገጽ ላይ የአቶሚክ ጽሑፎችን መሳል ብቻ ሳይሆን ከግለሰባዊ አተሞች ንቁ ሎጂካዊ አወቃቀሮችን መገንባት እንደምንችል አሳይተናል፣ ይህም ወደፊት ተመሳሳይ ቴክኖሎጂዎችን በመጠቀም ንዑስ ኮምፒተሮችን ለመፍጠር ያስችላል።"
ሄንሪች እና ባልደረቦቹ የሚሠሩት ከአቶሞች ጋር ሳይሆን በመጠኑ ትንሽ ከፍ ባለ ሞለኪውሎች ነው። ካርቦን ሞኖክሳይድ. በተወሰነ ንድፍ መሠረት ሳይንቲስቶች 550 ሞለኪውሎችን በመዳብ በተሸፈነው ገጽ ላይ አስቀምጠዋል. ግልፅ ለማድረግ አንድሪያስ ሄንሪች በተወሰነ ቅደም ተከተል ከወደቁ ዶሚኖዎች ጋር ተመሳሳይነት ይሰጣል ወይም በጠረጴዛው ላይ ቆመው ይቀራሉ። ዶሚኖዎች ሁለት አማራጮች ብቻ አሏቸው - ይተኛሉ ወይም ይቆማሉ። ከካርቦን ሞኖክሳይድ ሞለኪውሎች ጋር ተመሳሳይ ነው: እነሱ በቦታቸው ይቆያሉ ወይም አንድ ቦታ ወደ ፊት ይንቀሳቀሳሉ.
እንደ አንድሪያስ ሃይንሪች አባባል በሁለቱ ቦታዎች መካከል ያለው ርቀት የናኖሜትር ሩብ ነው። ሞለኪውሉ "ይዘለላል" ወደ ቀጣይ አቀማመጥእና የጎረቤቱን ሞለኪውል ከቦታው ያስወጣል. ስለዚህ ይነሳል ሰንሰለት ምላሽ.
እና ከሁሉም በላይ አስፈላጊ የሆነው፡ ሃይንሪች ሞለኪውሎቹን በማዘጋጀት እርስ በርስ እንዲገናኙ በማድረግ በተመረጡት ነጥቦች ላይ እንዲገናኙ አድርጓል። እነዚህ "የመሰብሰቢያ ቦታዎች" የሎጂክ ሰንሰለቶች አካላት ናቸው. እንደ ምክንያታዊ ማባዛት ያሉ ቀላል የስሌት ስራዎችን ይቋቋማሉ፡
"ሎጂክ ማባዛት ሁለት የግብአት ጥራዞችን እና አንድ ውፅዓት ያቀርባል. የውጤት ምት ሊከሰት የሚችለው ሁለቱም የግብአት ጥራዞች ሲተገበሩ ብቻ ነው. ይህ ማለት ከመካከላቸው አንዱ ብቻ ከደረሰ ምንም አይነት የውጤት pulse አይኖርም ማለት ነው."
ውስጥ ጠቅላላየፊዚክስ ሊቃውንት ስድስት የተለያዩ ናቸው። ምክንያታዊ ስራዎች. እነሱ በተወሰነ መንገድ የተገናኙ እና አንድ ዓይነትን ይወክላሉ ኮምፒውተር. ይህ መሳጭ አፈጻጸም የሚካሄደው 12 በ17 ናኖሜትር በሚለካ ወለል ላይ ነው። ለማነፃፀር ዛሬ ባለው የኮምፒዩተር ቺፕስ ውስጥ አንድ ትራንዚስተር 2,000x2,000 ናኖሜትር አካባቢ ይይዛል። ስለዚህ በናኖሜትር ደረጃ ማስላት እውን ሆኗል።
ይሁን እንጂ በደስታ ስሜት ውስጥ መውደቅ በጣም ገና ነው። ይህ ተስፋ ሰጭ ቴክኖሎጂ አንድ ትልቅ ችግር አለው፡ ልክ እንደ ተከታታይ ዶሚኖዎች አንድ ጊዜ ብቻ እንደሚወድቅ ሁሉ ተመራማሪዎችም ሞለኪውላችንን በሞለኪውል እንዲገነቡ ይገደዳሉ። ማለትም፣ አዲስ ስሌት ለመሥራት፣ እያንዳንዱን ሞለኪውል ወደ ቀድሞው ሁኔታው ማምጣት፣ መሿለኪያ ማይክሮስኮፕ በመጠቀም አስፈላጊ ነው። እና ይህ ሂደት ለብዙ ሰዓታት ሊቆይ ይችላል. ስለዚህ፣ ለአሁን፣ ናኖ-ዶሚኖዎች ከ Pentium ጋር መወዳደር አይችሉም፡-
"እዚህ እየተነጋገርን ያለቀው ስለ ተጠናቀቀ አቀራረብ እንዳልሆነ ግምት ውስጥ ማስገባት ያስፈልጋል የኮምፒውተር ቴክኖሎጂ. ዋናው ነገር ሙከራው የመፍጠር እድልን አረጋግጧል የኮምፒተር ስርዓቶችበአቶሚክ ደረጃ."
ሳይንቲስቱ ስለወደፊቱ ዕቅዶቹን አካፍሏል። የፊዚክስ ሊቃውንት ሞለኪውሎችን በሜካኒካል ከማንቀሳቀስ ይልቅ የኤሌክትሮማግኔቲክ መስኮችን በመጠቀም የአተሞችን ኒውክሊየስ የማዞሪያ አቅጣጫ ይለውጣሉ - “የኑክሌር ሽክርክሪት”። ይህ ቀድሞውኑ የሚከናወነው በቦስተን በሚገኘው MIT ሚዲያ ላብ ተመራማሪዎች ነው ፣እነዚህም በልዩ ሞለኪውሎች የሚሰሩ “ኳንተም ኮምፒተሮች” የሚባሉትን በመፍጠር ላይ ይገኛሉ።
5. መደምደሚያ.
የ STM ታሪክን እና የመዋቅር እና የኤሌክትሮኒካዊ ገጽ ምስሎችን በአቶሚክ ጥራት ማግኘትን በአጭሩ ገምግመናል። ኤስ.ኤም.ኤም ከተፈለሰፈበት ጊዜ ጀምሮ በሳይንቲስቶች በሰፊው ጥቅም ላይ ውሏል ። መሰረታዊ ምርምርበፊዚክስ, በኬሚስትሪ, በባዮሎጂ እና እስከ ልዩ የቴክኖሎጂ አተገባበር ድረስ. የ STM አሠራር መርህ በጣም ቀላል ነው, እና ሊሆኑ የሚችሉ እድሎች በጣም ትልቅ ናቸው, በቅርብ ጊዜ ውስጥም በሳይንስ እና በቴክኖሎጂ ላይ ያለውን ተጽእኖ ለመተንበይ አይቻልም.
6. መጽሃፍ ቅዱስ.
1. ከንዑስ ማይክሮን ወደ ናኖቴክኖሎጂ. / Yu.S.Borisov, V.V.Rakitin, N.S.Samsonov/
2. አካላዊ መሰረታዊ ነገሮችሴሚኮንዳክተር ናኖቴክኖሎጂ. /Belyavsky V.I./
3. ናኖቴክኖሎጂ STM በመጠቀም። / Nevolin V.K., Khlebnikov Yu.V., Shermegor T.D. /
4. ናኖሎጂካል ሂደቶች እና ጭነቶች. /ሉስኪኖቪች ፒ.ኤን.
5. ናኖኢንደስትሪ እና ማይክሮ ሲስተሞች. /Aleksenko A.G/
6. STM - የመለኪያ መሣሪያናኖቴክኖሎጂ./A.Bychikhin, M.O.Gallyamov, V.V.Potemkon, A.V.Stepanov, I.V.Yaminsky/
ገጽ ከ
የፍተሻ መሿለኪያ ማይክሮስኮፕ (ኤስቲኤም) የተፈጠረው በ1982 በጂ.ቢኒግ እና ኤች.ሮሬር፣ የIBM የምርምር ክፍል አባላት ናቸው። እሱ በጣም ተስፋ ሰጭ ሳይንሳዊ እና ተግባራዊ ችሎታዎችን አገኘ የምርምር ሥራበናኖቴክኖሎጂ መስክ እና የአተሞች እና ሞለኪውሎች አስደሳች እይታ የተገኘበት የመጀመሪያው ቴክኒካዊ መሳሪያ ነበር። ለኤስቲኤም መፈጠር ጂ.ቢኒግ እና ኤች.ሮሬር በ1986 ተሸልመዋል። የኖቤል ሽልማትበፊዚክስ.
የ STM አሠራር ዘዴ እንደሚከተለው ነው-በክፍልፋዮች መካከል ባለው የኢንተርአቶሚክ ርቀት ላይ ወደሚመራው ደረጃ ወለል ናኖሜትር, በጣም ቀጭን ብረት ይቀርባልነጥብ (መርፌ). በፕሮቶታይፕ እና በመርፌው መካከል ያለው የ ~ 0.11 ቮ ልዩነት ሲተገበር በመካከላቸው ባለው ክፍተት በኤሌክትሮኖች መሿለኪያ ምክንያት በወረዳው ውስጥ (ምስል 4.13) አንድ ጅረት ይነሳል።
የዋሻው ጅረት ~ 110nA ነው፣ i.e. ሙሉ በሙሉ በሙከራ ሊለካ የሚችል መጠን አለው።
በተቻለ ማገጃ በኩል መሿለኪያ አጋጣሚ በስፋት ማገጃ ስፋት ላይ የሚወሰን በመሆኑ, መሿለኪያ የአሁኑ በመርፌ እና መደበኛ ወለል Z መካከል ያለውን ክፍተት እየጨመረ ጋር ይቀንሳል. ዜድ ሲጨምር በመጠኑ እና በመጠኑ በመጠን መጠኑ ይቀንሳልበየ 0.1 nm. የመሿለኪያ ጅረት በርቀት ላይ ያለው የርቀት ጥገኝነት ከፍተኛ የSTM ጥራትን ይሰጣል።
ከZ ዘንግ ጋር፣ ከመደበኛው ወለል ጋር ቀጥ ያለ፣ የኤስቲኤም ጥራት ~ nm ነው፣ እና አብሮ መጥረቢያ X, Y, ትይዩ መደበኛ ወለል ፣~ nm የ STM ጫፍን በደረጃው ወለል ላይ በማንቀሳቀስ, ማለትም. አንድን ገጽ በመቃኘት ስለ ላይ ላዩን መልከዓ ምድር በአቶሚክ የቦታ ጥራት መረጃ ማግኘት ይቻላል።
ለ STM ኦፕሬቲንግ ሁነታ ሁለት አማራጮች አሉ-ቋሚ ቁመት ሁነታ እና ቋሚ የአሁኑ ሁነታ. በቋሚ ቁመት ሁነታ ሲሰራ, ጫፉ መርፌው ከላይ ባለው አግድም አውሮፕላን ውስጥ ይንቀሳቀሳልበጥናት ላይ ያለው ገጽ (ምስል 4.3a). በዚህ ሁሉ ውስጥ, የዋሻው ጅረት ይለወጣል እና ከነዚህ ለውጦች የመደበኛውን ወለል እፎይታ በቀላሉ መወሰን ይቻላል.
በቋሚ ወቅታዊ ሁነታ (ምስል 4.3 ለ) ሲሰራ የግብረመልስ ስርዓት ጥቅም ላይ ይውላል, ይህም የዋሻው ዥረት ቋሚ ለ s ይጠብቃል. የመርፌውን ነጥብ በአቀባዊ አቅጣጫ መንቀሳቀስአቅጣጫ. ውስጥ በዚህ ጉዳይ ላይስለ የላይኛው የመሬት አቀማመጥ መረጃ የሚገኘው በመርፌው እንቅስቃሴ ላይ ባለው መረጃ ላይ በመመርኮዝ ነው.
የ STM አጠቃላይ እቅድ በስእል ውስጥ ይታያል. 4.4.
ሻካራ አቀራረብ እና አቀማመጥ ስርዓትን በመጠቀም የኤስቲኤም መርፌ በ ~ 0.1 ማይክሮን ርቀት ላይ በጥናት ላይ ወደ ላይ ይወጣል። መጪ መርፌውን ማንቀሳቀስ እና መሬቱን መመርመር የሚከናወነው በመጠቀም ነውልዩ የመቃኛ መሳሪያ. ይህ መሳሪያ ከፓይዞኤሌክትሪክ ቁሳቁስ የተሰራ ነው, ማለትም. ኤሌክትሮኒካዊ መስክ በእሱ ላይ ሲተገበር መስመራዊ ልኬቱን ለመለወጥ የሚችል ንጥረ ነገር እና የኤስቲኤም ቲፕን በደረጃው ወለል ላይ በከፍተኛ ትክክለኛነት እንዲያንቀሳቅሱ ያስችልዎታል።
የ STM በጣም አስፈላጊ ከሆኑት ክፍሎች አንዱ ጠባብ የተንግስተን ሽቦን የሚጠቀመው መርፌ (ጫፍ) ነው። ቫናዲየም ወይም ሌላ አስተላላፊቁሳቁስ. የነጥቡን ጫፍ ገፅታዎች ለማሻሻል በኬሚካል ተቀርጿል. ሙከራዎች እንደሚያሳዩት ጫፍን ከጫፍ ራዲየስ μm ጋር ማሳመር የአቶሚክ ደረጃ ጥራትን ይሰጣል።
የፍተሻ መሳሪያው እንቅስቃሴ እና የአስተያየት ስርዓቱ አሠራር በኮምፒዩተር ቁጥጥር ስር ነው. የመለኪያ ውጤቶችን ለመመዝገብ ጥቅም ላይ ይውላል, የእነሱ የጥናቱ ሂደት እና እይታገጽታዎች. STM በመጠቀም የተከናወኑ የተለመዱ የምርምር ውጤቶች በምስል ውስጥ ይታያሉ። 4.16፣ ይህም በመዳብ ክሪስታል ወለል ላይ የተጣበቁ የሞለኪውሎች ምስሎችን ያሳያል። የ Axial ልኬቶች በአንግስትሮምስ (ኤም) ውስጥ ይሰጣሉ.
STM, ከሌሎች የኤሌክትሪክ ማይክሮስኮፖች በተለየ, ሌንሶችን እንደሌለው እና እንደሚከተሉት, በውስጡ የተገኘው ምስል በተበላሹ ነገሮች ምክንያት የተዛባ አለመሆኑን መገንዘብ አስፈላጊ ነው. በተጨማሪም የኤሌክትሮኖች መፈጠር ኃይል የ STM ምስል ከበርካታ ኤሌክትሮኖቮሎች አይበልጥም, ማለትም.ከተዛማጅ የኬሚካላዊ ትስስር ኃይል ያነሰ ሆኖ ተገኝቷል፣ ይህም የሙከራ ደረጃውን አጥፊ ያልሆነ የመሞከር እድል ይሰጣል። በኤሌክትሪክ ማይክሮስኮፕ ውስጥ ያስታውሱ ከፍተኛ ጥራትየኤሌክትሮን ኢነርጂ በመቶዎች የሚቆጠሩ ኪሎኤሌክትሮንቮልት ይደርሳል, ይህም የጨረር ጉድለቶች እንዲፈጠሩ ያደርጋል.
ውስጥ የአሁኑ ጊዜተስፋ ሰጪ ቀጣይ የግላዊ መለያ ትግበራ ቦታዎች፡-
- በአቶሚክ ደረጃ ላይ ያሉ ወለሎች ፊዚክስ እና ኬሚስትሪ;
- ናኖሜትሪ - በናኖሜትር የንጣፍ ንጣፎችን መፍታት, በፊልም እድገት ወቅት የኑክሌር ሂደቶች, የኬሚካላዊ ወይም ion etching ሂደቶች, አቀማመጥ, ወዘተ.
- ናኖቴክኖሎጂ - የናኖሜትር መጠን ያላቸው የመሳሪያ አወቃቀሮችን ምርምር እና ማምረት;
- የማክሮ ሞለኪውሎች, ቫይረሶች እና ሌሎች የባዮ አወቃቀሮች ጥናት.
ምስል 4.6 የ 14.3 nm ዲያሜትር ያለው "ኳንተም ኮራል ሪፍ" ምስል ያሳያል, በ Fe አቶሞች በኩ ክሪስታል ላይ የተሰራ.
ሩዝ. 4.6 ባለ ሁለት ገጽታ የኳንተም ጉድጓድ (የኤሌክትሪክ እምቅ ንጣፎች).
የ STM አቅም ከንፁህ ጥቃቅን ተግባራት ወሰን በላይ የሚሄድ መሆኑ ሊሰመርበት ይገባል። በእሱ እርዳታ ወደ ለምሳሌ አቶሞች አብረው እንዲንቀሳቀሱ ማስገደድ ይችላሉ።ቦታዎችን እና ከነሱ ይሰብስቡ ሰው ሰራሽ አወቃቀሮችናኖሜትር መጠኖች.
ሩዝ. 4.7 ማይክሮ-ሜካኒካል ስብሰባ በ STM (CO ሞለኪውሎች በፕላቲኒየም ላይ).
ሩዝ. 4.8 ማይክሮ-ሜካኒካል ስብሰባ በኤስቲኤም (የ xenon አቶሞች በኒኬል ላይ)።
እንዲህ ዓይነቱ የ STM ችሎታዎች ለቀጣዩ ናኖቴክኖሎጂ ንድፍ እና ልማት ተስፋ ሰጭ መሳሪያ ያደርገዋል, ለምሳሌ. ኳንተም ኮምፒተር . የፍተሻ መሿለኪያ ማይክሮስኮፕ የበለጠ የላቀ የፍተሻ ማይክሮስኮፕ ላሉት ለመላው ቤተሰብ ምሳሌ ነበር።
በኤስቲኤም (STM) መሰረት የፍተሻ የአቶሚክ ሃይል ማይክሮስኮፕ (ኤኤፍኤም) ተፈጥሯል ፣ ይህም የማይመሩ ንጥረ ነገሮችን ለማጥናት የሚያስችል ማይክሮስኮፕ በ ላይ መግነጢሳዊ ኃይሎች, ማግኔቲክን ለማስተማር ያስችላልየገጽታ ባህሪያት.
ስለ STM ከላይ የተነገረው ነገር ሁሉ የሚከተለው መደምደሚያ ላይ እንድንደርስ ያስችለናል፡- “የኤስቲኤም አሰራር መርህ በጣም ቀላል ነው፣ እና እምቅ ችሎታዎች በጣም ትልቅ ስለሆኑ በቅርብ ጊዜም ቢሆን በሳይንስ እና በቴክኖሎጂ ላይ ያለውን ተጽእኖ መተንበይ ከእውነታው የራቀ ነው።
የ STM አሠራር መርህ ከላይ በተገለጸው መሰረት ነው መሿለኪያ ውጤት, አንድ ሰው የግለሰብ አተሞችን አቀማመጥ እንዲመለከት እና እንዲያውም እንዲቆጣጠር መፍቀድ, ማለትም. እስከ ብዙ አንግስትሮምስ ድረስ ባለው ትክክለኛነት ይስሩ ፣ ይህም በአሁኑ ጊዜ ለሁሉም ሳይንሳዊ እና ቴክኒካዊ ዘዴዎች ከፍተኛው ነው።
የመቃኛ ዋሻ ማይክሮስኮፕ ንድፍ (ምስል 5.6.1).
ሩዝ. 5.6.1 የፍተሻ መሿለኪያ ማይክሮስኮፕ ዲዛይን እና አሠራር ንድፍ:! - x+y ስካን: 2 - የኤስ.ኤም.ኤም ምስል ከኮምፒዩተር ሂደት በኋላ; 3 - ናሙና: 4 - የግብረመልስ የወረዳ ማስተካከያ
የ STM የሥራ አካል - መመርመሪያው - የሚመራ የብረት መርፌ ነው. መመርመሪያው በጥናት ላይ ወደ ላይ ቀርቧል ቅርብ ቦታዎች(~ 0.5 nm) እና በምርመራው ላይ ሲተገበር የዲሲ ቮልቴጅ, በመካከላቸው የመሿለኪያ ጅረት ይፈጠራል ፣ ይህም በምርመራው እና በናሙናው መካከል ባለው ርቀት ላይ በሰፊው ይወሰናል። ይህ ማለት በ 0.1 nm ርቀት መጨመር, የዋሻው ጅረት በ 10 ጊዜ ያህል ይቀንሳል. በ ላይ ላዩን የእርዳታ ቁመት ላይ የሚደረጉ ጥቃቅን ለውጦች በመተላለፊያው ጅረት ላይ ከፍተኛ ለውጥ ስለሚያስከትሉ የአጉሊ መነፅርን ከፍተኛ ጥራት የሚያረጋግጠው ይህ በትክክል ነው።
የክትትል ስርዓትን በመጠቀም የአሁኑን እና የርቀቱን ቋሚነት ጠብቆ በማቆየት መርማሪው መሬቱን ይቃኛል እና በመጥረቢያዎቹ ላይ ይንቀሳቀሳል Xእና Y ፣ ከዚያ ዝቅ እና ከዚያ እንደ እፎይታው መጠን ይነሳል።
የዚህ እንቅስቃሴ መረጃ በኮምፒዩተር ተከታትሎ በሶፍትዌር ውስጥ ይታያል ስለዚህም ተመራማሪው በሚፈለገው ጥራት ያለውን ነገር በስክሪኑ ላይ ማየት ይችላሉ.
በናሙና ቅኝት ሁነታ ላይ በመመስረት ሁለት የ STM ንድፍ አማራጮች አሉ.
በቋሚ ቁመት ሁነታ ፣ የመርፌው ጫፍ ከናሙናው በላይ ባለው አግድም አውሮፕላን ውስጥ ይንቀሳቀሳል ፣ እና የመተላለፊያው ጅረት ይለወጣል (ምስል
5.6.2-ሀ)። በእያንዳንዱ ወለል ላይ በሚለካው የመሿለኪያ ጅረት መጠን ላይ ባለው መረጃ ላይ በመመርኮዝ የእፎይታው ምስል ተገንብቷል።
በቋሚው የአሁኑ የኤስቲኤም ሁነታ፣ የግብረመልስ ስርዓት በእያንዳንዱ ነጥብ ላይ የፍተሻ መሳሪያውን ከፍታውን ከወለሉ በላይ በማስተካከል የማያቋርጥ መሿለኪያ አሁኑን ለማቆየት ይጠቅማል (ምስል
ሩዝ. 5.6.2-ሀ; ለ የኤስቲኤም ኦፕሬቲንግ ሁነታዎች።
እያንዳንዱ ሁነታ ጥቅምና ጉዳት አለው. የቋሚ ቁመት ሁነታ ፈጣን ነው ምክንያቱም ስርዓቱ የፍተሻ መሳሪያውን ወደላይ እና ወደ ታች ማንቀሳቀስ የለበትም, ግን አሁንም ይፈቅዳል ጠቃሚ መረጃበአንጻራዊነት ለስላሳ ናሙናዎች ብቻ. በዲሲ ሁነታ, ይችላሉ ከፍተኛ ትክክለኛነትውስብስብ ንጣፎችን ማጥናት, ግን ተጨማሪ ጊዜ ይወስዳል.
የፍተሻ መሿለኪያ ማይክሮስኮፕ አስፈላጊ አካል ሜካኒካል ማኒፑሌተር ነው፣ እሱም ፍተሻው በሺህ ኛ ናኖሜትር ትክክለኛነት በገጽ ላይ መንቀሳቀሱን ማረጋገጥ አለበት። በተለምዶ ሜካኒካል ማኒፑሌተር ከፓይዞኤሌክትሪክ ቁሳቁስ የተሰራ ነው.
የእንደዚህ አይነት ቁሳቁስ አስደናቂ ንብረት ፒዞኤሌክትሪክ ነው. ዋናው ነገር የሚከተለው ነው-አራት ማዕዘን ቅርጽ ያለው ምሰሶ ከፓይዞሜትሪያል ከቆረጡ, ይተግብሩ. ተቃራኒ ጎኖችየብረት ኤሌክትሮዶች እና ለእነሱ እምቅ ልዩነት ይተግብሩ, ከዚያም በአሁን ጊዜ ተጽእኖ ስር የጨረሩ የጂኦሜትሪክ ልኬቶች ይለወጣሉ. እና በተገላቢጦሽ: በትንሹ የጨረር ቅርጽ (መጭመቅ) በተቃራኒው ጫፎች ላይ እምቅ ልዩነት ይነሳል. ስለዚህ በአሁኑ ጊዜ ትናንሽ ለውጦችን በመቆጣጠር ለቃኝ ማይክሮስኮፕ ሥራ አስፈላጊ በሆኑ በጣም ትንሽ ርቀት ላይ ምርመራውን ማንቀሳቀስ ይቻላል.
በተግባራዊ ዲዛይኖች ውስጥ የፓይዞሴራሚክ ማኒፕላተሮች ብዙውን ጊዜ ጥቅም ላይ ይውላሉ (ምሥል 5.6.3) ፣ በቀጭኑ ግድግዳ በተሠራ ቱቦ ውስጥ በበርካታ የተለያዩ ኤሌክትሮዶች የተሠሩ ናቸው። የመቆጣጠሪያ ቮልቴጁ የእንደዚህ አይነት ተቆጣጣሪዎች ማራዘም ወይም መታጠፍ ያስከትላል እና በዚህ መሰረት የፍተሻውን እንቅስቃሴ በሶስቱም የቦታ መጋጠሚያዎች X፣ Y እና Z
ሩዝ. 5.6.3
የዘመናዊ አስመሳይ ዲዛይኖች በአውሮፕላኑ ውስጥ እስከ 100-200 µm እና ቁመታቸው እስከ 5-12µm የሚደርስ የመመርመሪያ እንቅስቃሴን ያቀርባሉ።
የዋሻው ማይክሮስኮፕ ሳይንቲስቶች በአቶሚክ ደረጃ ላይ ያሉ ንጣፎችን እንዲመረምሩ አስችሏቸዋል። ሆኖም, ይህ መሳሪያ በተጨማሪ በርካታ ገደቦች አሉት. በዋሻው ውጤት ላይ በመመርኮዝ ኤሌክትሪክን በደንብ የሚያካሂዱ ቁሳቁሶችን ለማጥናት ብቻ ጥቅም ላይ ሊውል ይችላል.
STM በመጠቀም የተገኙ ምስሎች በስእል ውስጥ ይታያሉ. 5.6.4
ሩዝ. 5.6.4 በ STM የተገኙ ምስሎች፡- a - ግራፋይት ገጽ፣ ለ - ካርቦን በያዘው ውህድ አቶም ውስጥ የቦንድ ጥናቶች
እኔ - ዲያሜትር: 2 - ማዕዘን ጉድጓድ: 3 - adatom: 4 - Rast-yatom .
የፍተሻ መሿለኪያ ማይክሮስኮፕን በመጠቀም፣ በእንደዚህ አይነት ጥናቶች እና በክፍል ሙቀት ውስጥ የተለመደው ክፍተት ሳይኖር የንጥረ ነገር አተሞችን ማየት ይችላሉ።
ከ30 ዓመታት በፊት በዙሪክ በሚገኘው የአይቢኤም ላብራቶሪ የተፈጠረው የፍተሻ መሿለኪያ ማይክሮስኮፕ (ኤስ.ኤም.ኤም.) ከዚያን ጊዜ ጀምሮ ከሌሎች ጥቃቅን ዘዴዎች መካከል የመፍትሄ አቅጣጫውን ይዞ ቆይቷል - ምክንያቱም እስከ ሃይድሮጂን ያሉ ነጠላ አተሞችን “መመርመር” ይችላል። እና እሱን ለመመልከት ቀላል አይደለም - STM ን በመጠቀም የወለል ንጣፉን ኤሌክትሮኒካዊ መዋቅር መለካት እና ሞለኪውልን አልፎ ተርፎም የግለሰብ አቶም እንኳን "ማንቀሳቀስ" ይችላሉ።
የዋሻ ማይክሮስኮፕ ንድፍን በመቃኘት ላይ።
Fullerene በመጠቀም መፈተሻ ማሻሻያ.
የተሻሻለ መጠይቅን በመጠቀም የኤፒታክሲያል ግራፊን ገጽን በመቃኘት ላይ።
የተሻሻለ መጠይቅን በመጠቀም የሞሊብዲነም ዲሰልፋይድ ገጽን በመቃኘት ላይ።
የ STM የአሠራር መርህ በውጤቱ ላይ የተመሰረተ ነው የኳንተም መሿለኪያ. ውስጥ ያልተለመደ ዓለምየኳንተም ሜካኒክስ ከኤሌክትሮን ጋር ይዛመዳል የሞገድ ተግባር. ኤሌክትሮን በውስጡ ያለበትን የይሁንታ ስርጭት ይገልጻል የተወሰነ ቦታከተወሰነ ጉልበት ጋር - በሃይዘንበርግ እርግጠኛ አለመሆን መርህ ገደብ ውስጥ. ያም ማለት የአንድን ቅንጣት ቦታ ወይም ቅጽበት ለመወሰን የማይቻል ነው ፍጹም ትክክለኛነት. ስለዚህም ኤሌክትሮን ሊፈጠር ከሚችለው ማገጃ አጠገብ የሚገኝ ከሆነ (በዋሻው ማይክሮስኮፕ ውስጥ የዚህ መሰናክል ሚና የሚጫወተው በምርመራው ጫፍ እና በገጹ መካከል ባለው ክፍተት ነው) ከዚያም በጣም ውስን የሆነ እድል አለ. ኤሌክትሮን በዚህ ማገጃ በሌላኛው በኩል ሊጨርስ ይችላል - በናሙናው ወለል ላይ። ማለትም ከኛ “ማክሮ-ኢንቱሽን” በተቃራኒ የኤሌክትሮን ኳስ ወደ ማገጃ ግድግዳ ከወረወሩት አይነሳም ፣ ግን ግድግዳውን ያቋርጣል እና በሌላኛው በኩል መጓዙን ይቀጥላል።
የፍተሻ መሿለኪያ ማይክሮስኮፕ መሿለኪያ ውጤት አንድ ሰው ስለ ማይክሮስኮፕ ናሙና ወለል ላይ ያለውን ቶፖሎጂ እና አወቃቀሩን እንዲሁም የኬሚካላዊ ውህደቱን ሁለቱንም እንዲያጠና ያስችለዋል (ምስል 1 ይመልከቱ)። መሳሪያው ሃይል ባለው የመርፌ መፈተሻ በመጠቀም ንጣፉን "ይቃኛል" በጣም ቀጭን ከጫፉ ጋር የሚገጣጠሙ ጥቂት አቶሞች ብቻ ናቸው። በምርመራው እና በ 0.4-0.7 nm ቅደም ተከተል መካከል ባለው ርቀት ላይ ኤሌክትሮኖች ወደ ናሙናው ወለል ላይ ይጓዛሉ. የእነዚህ ኤሌክትሮኖች ወቅታዊነት በምርመራው ላይ ባለው ቮልቴጅ, የአንድ የተወሰነ የወለል አቶም ግዛቶች አካባቢያዊ ጥግግት, እንዲሁም በመመርመሪያው እና በመሬቱ መካከል ባለው ርቀት (በ ውስጥ) ይወሰናል. የመጨረሻው ጉዳይገላጭ ጥገኝነት ይነሳል).
STM ሁለት የመቃኛ ሁነታዎች አሉት። በአንደኛው ውስጥ የግብረመልስ ስርዓቱ ይደግፋል ዋጋ አዘጋጅየመሿለኪያ ጅረት፣ እና የገጽታ አቀማመጥ በምርመራ እንቅስቃሴ ቅደም ተከተል ላይ በመመስረት ይባዛል። በሁለተኛው ሁነታ, መመርመሪያው ከቦታው የተወሰነ ርቀትን ይይዛል, እና ማይክሮስኮፕ መቆጣጠሪያዎች በዋሻው ውስጥ ይለዋወጣሉ. በሁለቱም ሁኔታዎች የመመርመሪያው አቀማመጥ የፓይዞ አካላትን በመጠቀም ቁጥጥር ይደረግበታል. Piezoelectrics አሁን ባለው ማለፊያ ላይ በመመስረት መጠኖቻቸውን የሚቀይሩ ቁሳቁሶች ናቸው (እና በተቃራኒው - መጠኑ ሲቀየር, በውስጣቸው ያለው ለውጥ ይለወጣል). እጅግ በጣም ትክክለኛ ምላሽ ስላላቸው ዕቃዎችን በትክክል ለማንቀሳቀስ የተለመዱ መሳሪያዎች ናቸው.
በተለምዶ ቅኝት በበርካታ ደረጃዎች ይከናወናል. በመጀመሪያ ፣ በአንድ የተወሰነ ቦታ ላይ ስለ ላዩን ቶፖሎጂ ለማወቅ ፣ አጠቃላይ ቅኝት ከ1-1.5 ማይክሮን አካባቢ ይወሰዳል። ከዚያም ወደ 100 nm የሚጠጋ ስፋት ይመረመራል, በቀድሞው ቅኝት ላይ ተመርጧል, ወዘተ, እኛ የምንፈልገውን ቀጥተኛ መለኪያዎች እስክንደርስ ድረስ. ይህ በአተሞች መካከል ያለውን ርቀቶች መለካት፣ የገጽታ አወቃቀሩን ማጥናት ወይም ጥግግት ካርታ ሊሆን ይችላል። አቶሚክ ግዛቶች; ማይክሮስኮፕ አንድን የተወሰነ አቶም ወይም ሞለኪውል ለመቆጣጠር ጥቅም ላይ ሊውል ይችላል። በእንደዚህ ዓይነት ልኬቶች ውስጥ ያለው የ STM ጥራት በአውሮፕላኑ ውስጥ ስለ Angstrom (0.1 nm) እና 0.01 nm ጥልቀት ነው.
በቅርብ ጊዜ, የተወሰኑ ሞለኪውሎችን ወደ STM ፍተሻ ጫፍ ላይ መጨመር ማይክሮስኮፕ መፍታት እና የኬሚካላዊ ንፅፅርን እንደሚያሻሽል ታይቷል. በተለምዶ እንደዚህ ያሉ መለኪያዎች የሚከናወኑት እጅግ በጣም ጥልቅ በሆነ ቫክዩም ውስጥ ነው ፣ እጅግ በጣም ዝቅተኛ (cryogenic) የሙቀት መጠን (ከ4-100 ዲግሪ ከፍፁም ዜሮ በላይ) እና ፍጹም ንጹህ ወለል ያስፈልጋቸዋል። እንደነዚህ ያሉ ሙከራዎች በጣም ጉልበት የሚጠይቁ ናቸው - ለምሳሌ, ናሙናዎች በአጉሊ መነጽር ውስጥ በቀጥታ ማደግ አለባቸው - እና እያንዳንዱ መለኪያ ብዙ ጊዜ ይወስዳል.
STM ከክፍል ሙቀት ጋር የሚስማማ ከሆነ፣ እንደ ግራፊን ካሉ ባለ ሁለት ገጽታ ክሪስታሎች እና የሽግግር ብረት ዲቻኮጅኒድስ ተስፋ ሰጪ ቤተሰብን ጨምሮ ብዙ የፊዚክስ ሊቃውንትን በእጅጉ ይረዳል። ለወደፊቱ እንደዚህ ያሉ ባለ ሁለት-ልኬት ክሪስታሎች የአቶሚክ ውፍረት ያለው ናኖኤሌክትሮኒክስ በግልፅ የተቀመጠ ኤሌክትሮኒክ መዋቅር ለመፍጠር ስለሚያስችላቸው በዓለም ዙሪያ በንቃት እየተጠኑ ነው። በኤሌክትሮኒካዊ እና ኦፕቲካል የኤሌክትሮኒክስ ባህሪያትትኩረት የሚስበው የግለሰብ ባለ ሁለት ገጽታ ክሪስታሎች ብቻ ሳይሆን የቫን ደር ዋልስ heterostructures የሚባሉት ናቸው-የግራፊን "ንብርብር ኬክ" ፣ ቦሮን ናይትራይድ እና ከላይ የተጠቀሰው dichalcogenides።
ፒተር ኒርማልራጅ (እ.ኤ.አ.) ፒተር ኒርማልራጅ) ከአይቢኤም ላብራቶሪ እና ከስዊዘርላንድ፣ አየርላንድ እና አሜሪካ የመጡ ባልደረቦቹ በአቶሚክ ጥራት በክፍል ሙቀት ለማየት የሚያስችል ዘዴ ፈጠሩ። ተመራማሪዎቹ የSTM መጠይቅን አሻሽለውታል የFlulerene C60 ን ከእሱ ጋር በማያያዝ (ይህም 60 የካርቦን አተሞች ያለው ሉላዊ ሞለኪውል ዲያሜትሩ 1 nm የሆነ ዲያሜትር ያለው ሲሆን ከእግር ኳስ መዋቅር ጋር ተመሳሳይ ነው)። መፈተሻውን በሲሊኮን ዘይት ውስጥ (ቪስኮስ, ዋልታ ያልሆነ, ኬሚካል የማይነቃነቅ ፈሳሽ) ውስጥ በማጥለቅ ፉሉሬን እናረጋጋለን, እና በምርመራው ጫፍ ላይ ረዘም ላለ ጊዜ ይቆያል. በተመሳሳይ ጊዜ, ዘይቱ የመለኪያ ክፍሉን ወደ እጅግ በጣም ከፍተኛ ቫክዩም ማስወጣት ሳያስፈልግ የናሙናውን ገጽታ ከከባቢ አየር መጋለጥ በትክክል ይከላከላል.
የ60 አተሞች ሞለኪውል በተመጣጣኝ መጠን ያለው ዲያሜትር በምርመራው ጫፍ ላይ እንዴት ሊቀመጥ ይችላል? ይህንን ለማድረግ ቀደም ሲል በተዘጋጀው ንጣፍ ላይ የተወሰነ መጠን ያላቸው ፉልሬኖችን የያዘ መፍትሄ ይተገበራል። የደረቀው ንዑሳን ክፍል መፈተሻን በመጠቀም ይቃኛል (ምስል 2 ይመልከቱ ፣ በመለኪያ ጊዜ ያለው የዋሻው ፍሰት እና በምርመራው ላይ ያለው ቮልቴጅ ከቅኝቱ በላይ ይገለጻል)። በሥዕሉ ላይ እንደሚታየው የመርፌው ጫፍ ወደ ተመረጠው ፉለሬን ቀርቦ "በዙሪያው ይሄዳል". ትክክለኛው የፍተሻ ቮልቴጅ እና የመሿለኪያ ጅረት ቅንጅት ፉሉሬነን ወደ መፈተሻው ይጣበቃል። ለማረጋገጥ ተመሳሳይ ቦታ የፍተሻ ቅኝት ይወሰዳል ትክክለኛ አሠራርየተቀየረ መጠይቅን, እና እርስዎ fullerenes ጋር substrate በዘይት ውስጥ የተጠመቀው ናሙናዎች ጋር cuvette መቀየር ይችላሉ.
የድብልቅ ፍተሻው የተሞከረው በግራፊን እና ሞሊብዲነም ዲሰልፋይድ MoS 2፣ የሽግግር ብረት ዲቻሎጊኒደስ ታዋቂ ተወካይ ነው። መለኪያዎች እንደሚያሳዩት በዚህ ማይክሮስኮፕ ውቅር ላይ የወለልውን መዋቅር በዝርዝር ማጥናት እና የ interatomic bonds ርዝመት በትክክል መወሰን ይቻላል - በቫኩም ውስጥ ካለው ዝቅተኛ የሙቀት መጠን የከፋ አይደለም ።
ለሙከራው የሚሆን የግራፊን ናሙና በሲሊኮን ካርቦይድ (ሲሲ) ክሪስታል ላይ ኤፒታክሲን በመጠቀም (ይህም የአንድ ክሪስታል ቅደም ተከተል በሌላው ላይ ያለውን እድገት) በመጠቀም ተበቅሏል. በስእል 3, በሁለት-ንብርብር እና ባለ አንድ-ንብርብር ግራፊን መካከል ያለው ድንበር በግልጽ ይታያል, እና በማር ወለላ ጥልፍ ውስጥ ያሉት የካርቦን አተሞች በግልጽ ይታያሉ. በነጠላ-ንብርብር ግራፊን ላይ ያሉት የተለመዱ “ሞገዶች” እንዲሁ በግልጽ ይታያሉ - ባለ ሁለት አቅጣጫዊ መዋቅርን ያረጋጋሉ እና ብዙውን ጊዜ በኤሌክትሮኒካዊ ባህሪዎች ላይ ከፍተኛ ተጽዕኖ አይኖራቸውም።
ምስል 4 የMoS 2 መለኪያዎችን ያሳያል (የኬሚካላዊ መዋቅሩ በኬሚካላዊ ትስስር "በትሮች" በተገናኙ ኳሶች መልክ ይታያል)። የቅድሚያ ቅኝት የክሪስታል ንጣፍን በግልፅ ያሳያል, እና የእያንዳንዱ ንብርብር ውፍረት በትክክል ሊለካ ይችላል. በMoS 2 ጥልፍልፍ ቋሚ እና ባደገበት የወርቅ ንጣፍ መካከል ባለው አለመጣጣም የተነሳ የሚፈጠረው ወቅታዊ “የሞይሬ ኔትወርክ”ም ይታያል። በንፅፅር፣ የሞይሬ ላቲስ ቋሚ 32 Angstroms (3.2 nm) ያህል ሲሆን የMoS 2 lattice constant 3.2 Angstroms ነው። የሥራው ሙሉ ውጤቶች በ ውስጥ ታትመዋል የተፈጥሮ ግንኙነቶች .
እዚህ ያለው ዋናው ነገር የ STM መፈተሻ ከ Fullerene ጋር በትክክል የግራፊን እና ሞሊብዲነም ዲሰልፋይድ የንብርብር ርቀቶችን እና ውፍረትን በትክክል መለካት ችሏል ። ይህ ማለት በቤት ውስጥ የሙቀት መጠን እና በሲሊኮን ዘይት ውስጥ ከተጠመቀ መመርመሪያ ጋር በቫኩም እና በዝቅተኛ የሙቀት መጠን ውስጥ ከሚገኙ ውጤቶች ጥሩ ናቸው. ከኤሌክትሮኒካዊ ባህሪያት በተጨማሪ የእቃዎቹ እራሳቸው እና ናኖዴቪስ, ጠቃሚ ምክንያትእንዲህ ያሉት መዋቅሮች በቀላሉ ኦክሳይድ ስለሚሆኑ በአየር ውስጥ መረጋጋት ነው. በጣም ተስፋ ሰጭ ቁሳቁሶችን እና ውህደቶቻቸውን ለዕምቅ አፕሊኬሽኖች ለመምረጥ, ከኤሌክትሮኒካዊ እና መዋቅራዊ ባህሪያት, የከባቢ አየር እና መሟሟት በክሪስታል እና በኤሌክትሮኒካዊ መዋቅር ላይ ያለውን ተፅእኖ መገምገም አስፈላጊ ነው, እና የፒተር ኒርማልራጅ ዘዴ እንዲህ አይነት መለኪያዎችን በአንፃራዊነት ቀላል እና በፍጥነት እንዲሰራ ያስችለዋል.
የፍተሻ አጉሊ መነጽር በጣም ከሚባሉት ውስጥ አንዱ ነው። ኃይለኛ ዘዴዎችየናኖቴክኖሎጂ ዕቃዎችን ማጥናት. የመጀመሪያው የ መመርመሪያ ማይክሮስኮፖችየፍተሻ ዋሻ ማይክሮስኮፕ (STM) ነበር። STM የግለሰብ አተሞች አስደናቂ ምስሎችን ይፈጥራል።
የኤስ.ኤም.ኤም ኦፕሬሽን በኤሌክትሮን መሿለኪያ ክስተት ላይ የተመሰረተ ነው በብረት መፈተሻ እና በውጫዊ ኤሌክትሪክ መስክ ውስጥ ባለው ናሙና መካከል ባለው ክፍተት ውስጥ ባለው ጠባብ እምቅ ማገጃ። ይህ በስዕል 1 ላይ በስርዓተ-ፆታ ይታያል። የመተላለፊያው ውጤት አለው የኳንተም ተፈጥሮእና እንደሚከተለው ነው። አንድ ቅንጣት (ለምሳሌ ኤሌክትሮን) ምንም እንኳን እምቅ አጥርን የማለፍ ዜሮ ያልሆነ እድል አለ ጠቅላላ ጉልበት(ያልተለወጠ የቀረው) ከእንቅፋቱ ቁመት ያነሰ ነው. በኤስቲኤም ውስጥ በበርካታ አንግስትሮምስ ርቀቶች ላይ አንድ መጠይቅ ወደ ናሙናው ወለል ላይ ቀርቧል እና መሿለኪያ-ግልጽ የሆነ እምቅ ማገጃ ይፈጠራል ፣ ይህም ዋጋው በዋነኝነት የሚወሰነው በኤሌክትሮን ሥራው ከምርመራው እና ከናሙና ዕቃዎች በሚሠራው እሴት ነው። በጫፉ እና በናሙናው መካከል ሊኖር የሚችል ልዩነት ሲፈጠር በኤሌክትሮን መሿለኪያ ምክንያት የሚፈጠር የኤሌክትሪክ ፍሰት በመካከላቸው መፍሰስ ይጀምራል።
ምንም እንኳን የመተላለፊያው ውጤት ለኳንተም ዕቃዎች ብቻ የሚታይ ቢሆንም ፣ የ STM አሠራርን ለመተንተን ብዙውን ጊዜ ያለ ኳንተም ሜካኒክስ ማድረግ ይቻላል ። በጥራት ሲታዩ ማገጃው አራት ማዕዘን ነው ተብሎ ሊወሰድ ይችላል (ምስል 1 ይመልከቱ, ይህም በምርመራው እና በናሙናው መካከል ሊኖር የሚችል ልዩነት በመኖሩ ምክንያት ቅርጹ የተዛባ ነው). በዚህ ሁኔታ ውስጥ, ውጤታማ ማገጃ ቁመት φ * φ 3 እና ናሙና φ 0: φ * = (φ 3 + φ 0) / 2 ቁሳቁሶች አማካይ የሥራ ተግባር ጋር እኩል ነው. ለግምት እና ለጥራት አመክንዮ የሚከተለው ቀለል ያለ ፎርሙላ ብዙውን ጊዜ ጥቅም ላይ የሚውለው ለዋሻው ወቅታዊ ጥግግት j T በቫኩም መሿለኪያ ማገጃ ተለያይተው በሁለት conductors መካከል የሚፈሰው (ቀመር 1 ይመልከቱ, ይህም ውስጥ j 0 conductors መካከል ያለውን እምቅ ልዩነት ላይ በመመስረት ቋሚ ነው. , h = 6.6× 10 -34 J×s - የፕላንክ ቋሚ, m e - ኤሌክትሮን ክብደት, φ * - ውጤታማ የዋሻው ማገጃ ቁመት (በ የኃይል አሃዶችለምሳሌ በ eV))።
በእርግጥ በእውነታው በአቶሚክ ሚዛን የኤስቲኤም መጠይቅ ጫፍ እና እየተጠና ያለው የናሙና ቦታ በስእል 1 ላይ ከሚታየው ፍጹም የተለየ ይመስላል። የቁስ የአቶሚክ መዋቅርን ከግምት ውስጥ በማስገባት በስእል 2 ላይ የሚታየው ስዕል ከእውነታው ጋር በጣም የቀረበ ነው.
ጥያቄ 1. የመሿለኪያ ጅረት በአጠገቡ የናሙና አቶም ባለው በማንኛውም የመመርመሪያ አቶም ውስጥ ይፈስሳል። የ STM መፈተሻ ጫፍ አንድ አቶም ሳይሆን ብዙ ነው። ሆኖም፣ STM ብዙውን ጊዜ የግለሰብ አተሞችን ለመፍታት ያስችላል። ይህ ለምን ይከሰታል (1 ነጥብ)?
ብዙውን ጊዜ፣ የኤስቲኤም መጠይቅ “ጥሩ” እንዲሆን እና የግለሰብ አተሞች እንዲታዩ፣ በቀላሉ በአንድ አቶም ማለቅ አለበት (በስእል 2 እንደሚታየው)።
ጥያቄ 2. በቀመር (1) ላይ በመመስረት, የዋሻው ማገጃ ቁመት 5 eV ከሆነ, በምርመራው ላይ ያለው ቮልቴጅ 10 mV ከሆነ, ከመርማሪው መጨረሻ እስከ ወለሉ ያለው ርቀት 5 Å እና ትክክለኛነት ያረጋግጡ. የመሿለኪያ ጅረት 10% ነው፣ STM ብዙ አተሞች ከሌሎቹ በ 0.5 Å ጠለቅ ብለው እንዲመለከቱ ይፈቅድልዎታል። የ STM መፈተሻ "ጥሩ" (2 ነጥብ) ነው ተብሎ ይታሰባል.
የ STM ክዋኔው በመተላለፊያው ክስተት ላይ የተመሰረተ ስለሆነ የተገኘው መረጃ ስለ እፎይታ ብቻ ሳይሆን ስለ መረጃም ይዟል. ኤሌክትሮኒክ መዋቅርየናሙና ወለል, ለምሳሌ ስለ ኤሌክትሮኖች የሥራ ተግባር.
ጥያቄ 3. STM (1 ነጥብ) በመጠቀም የዋሻ ማገጃውን ውጤታማ ቁመት የሚለኩበትን መንገድ ይጠቁሙ።
ጥያቄ 4. ለምርመራው የአካባቢ የኤሌክትሮን ሥራ ተግባራትን ለመለካት ዘዴን እና ናሙናውን STM በዛ ሁኔታ (2 ነጥብ) ጠቁም።
የችግሩ ሁኔታዎች እንደ ሊወርዱ ይችላሉ.