Phát xạ điện tử - Kính hiển vi STM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TP HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ BỘ MÔN VẬT LÝ ỨNG DỤNG SEMINAR: PHÁT XẠ LẠNH(KÍNH HIỂN VI STM) GVHD: PGS.TS LÊ VĂN HIẾU Học viên: HOÀNG VĂN ANH Thắc mắc xin liên hệ: thanhlam1910_2006@yahoo.com KÍNH HIỂN VI ĐIỆN TỬ XUYÊN HẦM (STM) 1.NGUYÊN LÝ HO T NGẠ ĐỘ 2.C U T O C A STMẤ Ạ Ủ • H c khíệ ơ • H ch ng rungệ ố • H i u khi n ph n h iệ đ ề ể ả ồ • u dò STMĐầ 3. NG D NGỨ Ụ Lịch sử Kính hiển vi điện tử xuyên hầm được phát triển tại IBM Zürich năm 1981 bởi Gerd Binning và Heinrich Rohrer và sau đó hai người đoạt giải Nobel vật lý năm 1986 do phát minh ra kính hiển vi này. Gerd Binning Heinrich Rohrer 1. NGUN LÝ HO T NGẠ ĐỘ °Dựa trên nguyên lý xuyên hầm lượng tử của các điện tử giữa 2 cực điện khi có điện trường đặt vào. °Hệ số xuyên hầm được xác đònh theo công thức: °Khi không có điện trường ngoài (không cung cấp năng lượng cho điện tử) hệ số D vẫn khác không. D tỉ lệ nghòch với a – khoảng cách giữa hai điện cực (khoảng cách giửa mẫu và tip) và tỉ lệ thuận với năng lượng điện tử W. STM là kính hiển vi điện tử đầu dò có độ phân giải đạt đến nguyên tử. The Scanning Tunneling Microscope (STM) Quantum Tunneling Trong cơ học cổ điển,khi một vật gặp một rào thế mà nó không có đủ năng lượng đi qua rào thế thì nó luôn bị phản xạ lại. Giống như đá quả bóng vào tường. Classical Wave Function For Finite Square Well Potential Where E<V Quantum Tunneling Trong cơ học lượng tử, khi ở bên trong giếng thế vuông,hàm sóng có dạng hàm số mũ.Khi một phần tử gặp một rào thế mà nó không đử năng lượng vượt qua.Nếu rào thế đủ hẹp có thể tìm thấy các phần tử ở bên kia rào thế. Quantum Wave Function For Finite Square Well Potential Where E<V Quantum Tunneling   th mô t hi u  ng xuyên h m: Electron có th xuyên h m t nguyên t này sang nguyên t khác. n(r) xác su t tìm th y electron. V(r) th c a electron. [...]... dò bằng tungsten, A-giá đỡ đầu dò, PP- tấm áp điện, F- chân đế, D- tấm điện môi, MP-tấm kim loại, Mnam châm • Hệ thống chống rung đối với STM làm vi c trong môi trường không khí • (1)-hệ thống chống rung thuỷ lực • (2)-hệ thống chống rung bằng lò xo • Hệ điều khiển phản hồi o Nhiệm vụ giữ cho khoảng cách tip-mẫu không đổi (chế độ độ cao không đổi) hoặc giữ cho dòng tunnel giữa tip-mẫu không đổi (chế... là do biến thiên của dòng tunnel Sử dụng cho phạm vi qt nhỏ hơn 100 Å CẤU TẠO  Hệ cơ khí: Một hệ cơ khí điều khiển sự tiếp cận của mẫu và tip đến khoảng cách cần thiết trước khi quét Vi c dòch chuyển tip được thực hiện bởi gốm áp điện Tip được gắn vào gốm áp điện và có thể đặt hiệu điện thế vào các cực của áp điện để thực hiện sự dòch chuyển này Phạm vi dòch chuyển có thể từ 0,01 A0 đến vài µ m Đầu... Dòng tunnel được chuyển thành điện áp và so sánh với giá trò chuẩn tạo tín hiệu vi sai, tín hiệu này lại được chuyển đổi thành điện áp để điều khiển vò trí gốm áp điện theo hướng z (để tạo hiệu chỉnh cho độ cao không đổi hoặc dòng không đổi) o Nhiệm vụ điều chỉnh vò trí gốm áp điện tín hiệu vi sai này cũng được lưu giữ như một hàm của x, y để tạo hình ảnh bề mặt 3 Ứng dụng STM Vẽ bản đồ địa hình, tạo... tẩm thực điện hóa Bán kính của tip nhỏ hơn 1000 Å Tip thường được làm từ W (bền chắc nhưng dần bị oxy hóa) hoặc Pt/Ir (trơ hóa học trong khơng khí và trong dung mơi) • Hệ chống rung • Yêu cầu bắt buộc là biên độ dao động không mong muốn phải nhỏ hơn 0,1 A0 để có thể tạo ảnh nguyên tử • Hệ thống chống rung trên đệm từ trong chén chì chứa heli lỏng (đối với STM sử dụng trong chân không cao) • W-đầu dò... mẫu (hoặc tip) đứng yên, lúc đó dòng điện xuyên hầm sẽï thay đổi (do D thay đổi) tuỳ thuộc vào đòa hình cao thấp của bề mặt mẫu hoặc trạng thái điện tử của bề mặt mẫu 1.Chế độ hoạt động dòng khơng đổi Dòng xun hầm được giữ khơng đổi qua hệ thống điều khiển phản hồi Feedback Trong chế độ này tạo hình ảnh bề mặt qua sự thay đổi độ cao z của đầu dò Sử dụng ở phạm vi qt lớn hơn 100 Å để đo địa hình bề... thể gốm áp điện và có thể dịch chuyển theo 3 phương x,y, z khi có điện trường đặt và gốm áp điện này Dòng tunnel phụ thuộc vào khoảng cách giữa tip – mẫu và cấu trúc điện tử của mẫu dưới đầu dò, như vậy hình ảnh tạo được do giá trị dòng xun hầm tạo nên theo phương x,y, điểm nhơ cao dòng I lớn ảnh sáng, điểm lõm dòng I nhỏ sáng yếu I = (Vi / d ) exp( − CdΦ 1 / 2 ) C = 10,25( eV ) d = 0,5nm 1/ 2 nm −1... bằng đầu dò là những phương pháp hữu hiệu để chế tạo các cấu trúc nano Ứng dụng nhiều trong nghiên cứu vật liệu sinh học: cấu trúc ADN của sinh vật (sau khi được phủ một lớp dẫn điện) Một số loại máy STM STM nhiệt độ thấp STM chân khơng cao XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN!!! ... áp điện Hi n tượng áp điện xảy ra với các tinh thể,khi tinh thể bị nén thì tạo ra hiệu điện thế giữa hai mặt tinh thể Khi chúng ta t m t i n tr ng vào tinh th áp i n, tinh th b bi n d ng Hi n t ng ó g i là hi n t ng áp i n.Sự biến dạng khoảng 0.01 A0 đến vài micromet Do đó giúp cho mẫu và tip cách nhau khoảng 1 A0 Electric Field Pizos The tip Típ được gắn vào 3 tinh thể gốm áp điện và có thể dịch chuyển... giữ như một hàm của x, y để tạo hình ảnh bề mặt 3 Ứng dụng STM Vẽ bản đồ địa hình, tạo hình ảnh ở mức độ từng ngun tử cho thấy sự phân bố sắp xếp của các ngun tử cũng như quan sát được các khuyết tật mạng Đây là một cơng cụ hữu hiệu để nghiên cứu vật liệu nano Hình ảnh 7x7 nm của ngun tử Cs (màu đỏ) trên nền GaAs và hình ảnh 35x35 nm của Cr trên nền Fe, Chế tạo vật liệu có kích thước nano: khắc nano,... một hiệu điện thế giữa hai bản kim loại có thể tạo ra dòng electron xun hầm Sample Tip Quantum Tunneling Theo cơ học lượng tử hàm sóng là hàm mũ Do đó xác suất tìm thấy electron sau rào thế có bề dày d: Và: I = f ( E ).e −2 kd Trong ó f(E) là hàm phân b Fermi f ( E ) = 1 e ( E − EF )/ KT +1 Quantum Tunneling Trong ó: Các giá trị m, d, Φ xác định (Φ là cơng thốt),d khoảng 1 Å Hiện tượng áp điện Hi n . DỤNG SEMINAR: PHÁT XẠ LẠNH(KÍNH HIỂN VI STM) GVHD: PGS.TS LÊ VĂN HIẾU Học vi n: HOÀNG VĂN ANH Thắc mắc xin liên hệ: thanhlam1910_2006@yahoo.com KÍNH HIỂN VI ĐIỆN TỬ XUYÊN HẦM (STM) 1.NGUYÊN. và tip) và tỉ lệ thuận với năng lượng điện tử W. STM là kính hiển vi điện tử đầu dò có độ phân giải đạt đến nguyên tử. The Scanning Tunneling Microscope (STM) Quantum Tunneling Trong cơ học. năm 1986 do phát minh ra kính hiển vi này. Gerd Binning Heinrich Rohrer 1. NGUN LÝ HO T NGẠ ĐỘ °Dựa trên nguyên lý xuyên hầm lượng tử của các điện tử giữa 2 cực điện khi có điện trường đặt