Entwodiksyon nan Scanning Tunneling Microscopy Electron
Entwodiksyon
Mikwoskòp elèktron transmisyon an trè itil nan obsève estrikti an jeneral nan sibstans la, men li pi difisil nan analiz la nan estrikti sifas la, paske mikwoskòp elèktron transmisyon an jwenn enfòmasyon atravè elektrisite nan gwo enèji nan echantiyon an, reflete sibstans nan echantiyon. . enfòmasyon andedan. Malgre ke optik mikroskopi elektwonik (SEM) ka revele sèten kondisyon sifas, depi elektwon yo ensidan toujou gen yon sèten enèji epi yo pral antre nan echantiyon an, sa yo rele "sifas la" analize se toujou nan yon pwofondè sèten, ak pousantaj la divize tou. afekte anpil. limit. Malgre ke Field Emission Electron Microscope (FEM) ak Field Ion Microscope (FIM) ka byen itilize pou rechèch sifas, echantiyon an dwe prepare espesyalman epi li ka sèlman mete sou yon pwent zegwi trè mens, epi echantiyon an dwe kapab kenbe tèt ak tou. gwo entansite jaden elektrik, se konsa ke Li limite dimansyon aplikasyon li yo.
Scanning Tunneling Electron Microscope (STM) travay sou yon prensip konplètman diferan, li pa jwenn enfòmasyon sou sibstans echantiyon an pa aji sou echantiyon an ak yon gwo bout bwa elèktron (tankou transmisyon ak optik mikwoskòp elèktron), ni li pa sèvi ak yon gwo jaden elektrik fè elektwon yo nan echantiyon an genyen plis pase soti D 'aktyèl emisyon an (tankou mikwoskòp elèktron emisyon jaden) ki te fòme pa enèji nan travay ka itilize yo etidye materyèl la echantiyon. Li se imaj pa detekte aktyèl tinèl la sou sifas echantiyon an, konsa tankou etidye sifas echantiyon an.
prensip
Mikwoskòp tinèl eskanè se yon nouvo kalite aparèy mikwoskopik pou distenge mòfoloji sifas solid lè yo detekte aktyèl tinèl elektwon nan atòm sou sifas solid la dapre prensip efè tinèl nan mekanik pwopòsyon.
Akòz efè tinèl elektwon yo, elektwon yo nan metal la pa konplètman fèmen nan fwontyè sifas la, se sa ki, dansite elektwon pa toudenkou tonbe a zewo nan fwontyè sifas la, men dekonpozisyon eksponansyèlman deyò sifas la; longè pouri anba tè a se apeprè 1nm, ki se yon mezi baryè sifas pou elektwon yo chape. Si de metal yo trè pre youn ak lòt, nyaj elèktron yo ka sipèpoze; si yo aplike yon ti vòltaj ant de metal yo, yo ka obsève yon kouran elektrik (ki rele kouran tinèl) ant yo.
Fason travay
Malgre ke konfigirasyon yo nan mikwoskòp elektwon tinèl optik yo diferan, yo tout gen ladan twa pati prensipal sa yo: yon sistèm mekanik (kò glas) ki kondui sond la fè mouvman ki genyen twa dimansyon parapò ak sifas echantiyon an kondiktif, epi li itilize pou kontwole ak kontwole sond la. Sistèm elektwonik pou distans ki soti nan echantiyon an ak sistèm ekspozisyon an pou konvèti done yo mezire nan imaj. Li gen de mòd k ap travay: mòd konstan aktyèl ak mòd konstan segondè.
Mòd aktyèl konstan
Kouran an tinèl kontwole epi kenbe konstan pa yon sikwi fidbak elektwonik. Lè sa a, sistèm òdinatè a kontwole pwent zegwi a pou eskane sou sifas echantiyon an, se sa ki fè pwent zegwi a deplase de dimansyon nan direksyon x ak y. Depi aktyèl tinèl la bezwen kontwole yo dwe konstan, wotè lokal la ant pwent zegwi a ak sifas echantiyon an ap rete tou konstan, kidonk pwent zegwi a pral fè menm monte ak desann ak monte ak desann nan sifas echantiyon an, ak enfòmasyon sou wotè yo pral reflete kòmsadwa. soti. Sa vle di, mikwoskòp elektwon tinèl optik jwenn enfòmasyon ki genyen twa dimansyon nan sifas echantiyon an. Metòd travay sa a jwenn enfòmasyon konplè imaj, imaj mikwoskopik bon jan kalite, epi li lajman itilize.
Mòd wotè konstan
Kenbe wotè absoli pwent zegwi a konstan pandan pwosesis optik echantiyon an; Lè sa a, distans lokal la ant pwent zegwi a ak sifas echantiyon an pral chanje, ak gwosè a nan aktyèl la tinèl mwen pral tou chanje kòmsadwa; chanjman aktyèl tinèl mwen an anrejistre pa òdinatè a ak konvèti an siyal imaj la parèt, se sa ki, yo jwenn yon mikwoskòp mikwoskòp elektwon tinèl. Fason travay sa a se sèlman apwopriye pou echantiyon ki gen sifas relativman plat ak eleman sèl.
aplikasyon
Prensip la nan mikwoskòp la tinèl se malen sèvi ak efè a tinèl fizik ak aktyèl tinèl. Gen yon gwo kantite elektwon "gratis" nan kò metal la, ak distribisyon enèji nan elektwon "gratis" sa yo nan kò metal la konsantre tou pre nivo Fermi, e gen yon baryè potansyèl ak enèji ki pi wo pase nivo Fermi sou fwontyè metal la. Se poutèt sa, nan pèspektiv nan fizik klasik, "gratis" elektwon nan yon metal, se sèlman elektwon sa yo ki gen enèji ki pi wo pase baryè a fwontyè, ka chape soti nan andedan an nan metal la deyò. Sepandan, dapre prensip mekanik pwopòsyon, elektwon gratis nan metal yo gen pwopriyete vag tou, epi lè vag elèktron sa a pwopaje nan fwontyè metal la epi rankontre yon baryè sifas, yon pati nan li pral transmèt. Sa vle di, kèk elektwon ki gen enèji pi ba pase baryè potansyèl sifas la ka antre nan baryè potansyèl metal sifas la epi fòme yon "nwaj elèktron" sou sifas metal la. Efè sa a rele tinèl. Se konsa, lè de metal yo nan pwoksimite sere (mwens pase kèk nanomèt), nwaj elèktron yo nan de metal yo pral antre youn ak lòt. Lè yo aplike yon vòltaj ki apwopriye, menm si de metal yo pa reyèlman an kontak, yon kouran ap koule soti nan yon metal nan yon lòt. Kouran sa a rele kouran tinèl.
Tinèl aktyèl ak rezistans tinèl yo trè sansib a chanjman nan espas sa a tinèl. Menm yon chanjman nan 0.01nm nan espas tinèl la ka lakòz chanjman enpòtan nan aktyèl tinèl la.
Si yo itilize yon pwofonde trè byen file (tankou yon zegwi tengstèn) pou eskane paralèl ak sifas la nan direksyon x ak y nan yon wotè kèk dizyèm nanomèt lwen sifas echantiyon an lis, paske chak atòm gen yon gwosè sèten, la Diferans nan tinèl presegondè a pral varye ak x ak y, ak aktyèl la tinèl ap koule tankou dlo nan pwofonde a pral tou diferan. Menm varyasyon wotè nan kèk santyèm nan yon nanomèt ka reflete nan kouran tinèl. Yo itilize yon achiv ki senkronize ak sond eskanè a pou anrejistre chanjman aktyèl tinèl la, epi yo ka jwenn yon imaj mikwoskòp elektwon tinèl ak yon rezolisyon kèk santyèm nan nanomèt.
