Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Tunelowanie Elektronów i zasada działania skaningowego mikroskopu tunelowego Łukasz Nalepa Inf. Stos. gr3 5.12.2005.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Tunelowanie Elektronów i zasada działania skaningowego mikroskopu tunelowego Łukasz Nalepa Inf. Stos. gr3 5.12.2005."— Zapis prezentacji:

1 Tunelowanie Elektronów i zasada działania skaningowego mikroskopu tunelowego Łukasz Nalepa Inf. Stos. gr

2 I EFEKT TUNELOWY 1.Falowy opis cząsteczek 2.Bariera potencjału 3.Współczynnik przejścia 4.Zastosowania II STM 1.Budowa i zasada działania 2.Problemy konstrukcyjne i najważniejsze elementy 3.Metody pomiarów 4.Przykładowe obrazy 5.Sposoby postawania obrazów 6.Zastosowania 7.Bibliografia O czym będę mówił :

3 1.1 OPIS FALOWY CZĄSTECZEK W mechanice kwantowej cząstki opisujemy przy pomocy funkcji falowej Kwadrat funkcji falowej interpretuje się jako gęstość prawdopodobieństwa znalezienia cząstki

4 Równanie Schrödingera bez czasu dla cząstki w zewnętrznym, potencjalnym polu sił : Równanie Schrödingera z czasem dla cząstki w zewnętrznym, potencjalnym polu sił :

5 Jednowymiarowe równanie Schrödingera : Zależność czasowa przy ustalonej energii E : spełnia tą samą zależność co :

6 1.2 BARIERA POTENCJAŁU V0V0 E 0 obszar klasycznie niedostępny obszarklasycznie dostępny X0X0 Punkt zwrotny energia całkowita V(x) V0V0 E 0 obszarklasyczniedostępny X 0 = 0 Punkt zwrotny V(x) obszar klasycznie niedostępny energia całkowita Mamy więc : V(x) = 0 dlax < 0 V(x) = V 0 > Edla x >0

7 Rozwiązanie dla obszaru klasycznie niedostępnego (x>0) exp (-qx), exp(+qx) gdzie Poprawna postać funkcji : Rozwiązanie dla obszaru klasycznie dostępnego (x<0) exp (-ikx), exp(+ikx) exp (-ikx), exp(+ikx) gdzie Poprawna postać funkcji : Gdzie A i B są stałymi :

8 Interpretacja Fala padająca i odbita Fala wnikająca V(x) V0V0 E 0 energia całkowita

9 V0V0 E 0 obszar I X=0 energia całkowita bariera potencjału IIIII X=a 1.3 WSPÓŁCZYNNIK PRZEJŚCIA

10 OBSZAR I OBSZAR II OBSZAR III

11

12 Prawdopodobieństwo, że cząstka uderzając w barierę, przejdzie przez nią : Lub też :

13 Fala padająca i odbita Fala przepuszczona V(x) E 0 energia całkowita Efekt tunelowy

14 1.4 ZASTOSOWANIA EFEKTU TUNELOWEGO dioda Esakiego (tunelowa) dioda Esakiego (tunelowa) złącze Josephsona złącze Josephsona skaningowy mikroskop tunelowy skaningowy mikroskop tunelowy

15 II SKANINGOWY MIKROSKOP TUNELOWY Heinrich Rohrer i Gerd K. Binnig Patent złożono w 1979r. złożono w 1979r. przyznano w 1982r. przyznano w 1982r. Pierwszy udany eksperyment 16 marca marca 1981 Nagroda Nobla 1986 r r. pierwszy egzemplarz STM

16 2.1 BUDOWA I ZASADA DZIAŁANIA STM próbka napięcie tunelowe ostrze piezoelektryk z elektrodami napięcie sterujące piezoelektrykiem wzmacniacz prądu tunelowego Kontroler odległości skanowania przetwarzanie i wizualizacja

17 2.2 PROBLEMY KONSTRUKCYJNE I NAJWAŻNIEJSZE ELEMENTY STM Najważniejsze elementy STM: Ostrze Ostrze Układ umożliwiający Układ umożliwiający precyzyjne precyzyjne przesuwanie ostrza przesuwanie ostrza Układ tłumiący Układ tłumiący drgania drgania

18 OSTRZE idealne ostrze rzeczywiste ostrze Aktywny pozostaje jedynie atom najbliżej próbki. Jest to wynik silnej zależności prądu tunelowania od odległości

19 UKŁAD MANIPULUJĄCY OSTRZEM Do przesuwania ostrza wykorzystuje się odwrotne zjawisko piezoelektryczne. Siatka kryształu kwarcu Odkształcona siatka kryształu kwarcu, o niezerowym kryształu kwarcu, o niezerowym wypadkowym momencie dipolowym

20 UKŁAD TŁUMIĄCY DRGANIA Czynniki powodujące drgania : ruch samochodowy ruch samochodowy drgania budynku drgania budynku kroki kroki dźwięk dźwięk Tłumienie drgań : początkowo pole magnetyczne początkowo pole magnetyczne pneumatyczne podpórki pneumatyczne podpórki zawieszenie całości układ na sprężynach zawieszenie całości układ na sprężynach duża masa własna podstawy duża masa własna podstawy umiejscawianie w miejscach mało podatnych na drgania ze świata umiejscawianie w miejscach mało podatnych na drgania ze świata

21 2.3 METODY POMIARÓW Dwie podstawowe metody pomiarów : Stały prąd Stały prąd Stała odległość ostrza od próbki Stała odległość ostrza od próbki Prąd tunelowy => 0.1 – 10 nA Napięcie pomiędzy ostrzem i podłożem => kilka Voltów Odległość ostrza od próbki => zazwyczaj około 1 Å

22 STAŁY PRĄD Skaner zmienia odległość Skaner zmienia odległość pomiędzy ostrzem a próbką w taki sposób, aby prąd tunelowania był stały. Mierzone jest napięcie przyłożone Mierzone jest napięcie przyłożone do elementów piezoelektrycznych. To napięcie jest następnie przeliczane na zmianę długości tych elementów. Ten sposób pracy jest zalecany, gdy nie znamy morfologii próbki lub, gdy powierzchnia jest silnie pofałdowana

23 STAŁA ODLEGŁOŚĆ Odległość pomiędzy ostrzem a próbką jest stała. Mierzone są zmiany prądu tunelowego. Ten sposób pracy jest zalecany, gdy badamy gładkie powierzchnie. Ze względu na silną zależność pomiędzy prądem tunelowania a odległością igła-próbka, przy tym sposobie pracy osiąga się dużą rozdzielczość. Ten sposób pracy jest zalecany, gdy badamy gładkie powierzchnie. Ze względu na silną zależność pomiędzy prądem tunelowania a odległością igła-próbka, przy tym sposobie pracy osiąga się dużą rozdzielczość. Uwaga: Łatwo uszkodzić igłę

24 2.4 PRZYKŁADOWE OBRAZY Xenon na Niklu (wkrótce po odkryciu możliwości manipulacji atomami) [IBM]

25 nanokryształ palladu na Al 2 O 3 [ Aarhus Universitet ]

26 atomy sodu i jodu na miedzi [ IBM ]

27 dyfuzja powierzchniowa dużych cząsteczek organicznych [ Aarhus Universitet ]

28 Cu na Cu, wzrost temperatury z 9K do 12K [SPECS GmbH]

29 TiO 2 (300K, 8.6s/frame) [ Aarhus Universitet ]

30 2.5 JAK POWSTAJĄ OBRAZY ? (IBM)

31 2.6 ZASTOSOWANIA Mikroskopia tunelowa Mikroskopia tunelowa Chemia Chemia Medycyna Medycyna Biologia Biologia Fizyka Fizyka Manipulacja pojedynczymi atomami Manipulacja pojedynczymi atomami Spektroskopia tunelowa Spektroskopia tunelowa

32 2.7 BIBLIOGRAFIA IBM Research : STM gallery: SPM Aarhus: The Scanning Probe Microscopy Group: SPECS Competence in Surface Analysis: The IAP/TU Wien STM Gallery: INTERNET : LITERATURA : Fizyka Kwantowa – E.H Wichmann Inżynieria Kwantowa – Gerard Milburn


Pobierz ppt "Tunelowanie Elektronów i zasada działania skaningowego mikroskopu tunelowego Łukasz Nalepa Inf. Stos. gr3 5.12.2005."

Podobne prezentacje


Reklamy Google