Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

STM Scanning Tunneling Microscopy Skaningowa mikroskopia tunelowa AFM Atomic Force Microscopy Mikroskopia siły atomowej MFM Magnetic Force Microscopy Mikroskopia.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "STM Scanning Tunneling Microscopy Skaningowa mikroskopia tunelowa AFM Atomic Force Microscopy Mikroskopia siły atomowej MFM Magnetic Force Microscopy Mikroskopia."— Zapis prezentacji:

1 STM Scanning Tunneling Microscopy Skaningowa mikroskopia tunelowa AFM Atomic Force Microscopy Mikroskopia siły atomowej MFM Magnetic Force Microscopy Mikroskopia siły magnetycznej SKANINGOWA MIKROSKOPIA Z ROZDZIELCZOŚCIĄ ATOMOWĄ

2 Powierzchnia grafitu otrzymana przy użyciu skaningowego mikroskopu tunelowego SKANINGOWY MIKROSKOP TUNELOWY: Gerd Binnig Heinrich Rohrer

3 Obiekty mikroświata zachowują się inaczej niż obiekty klasyczne TUNELOWANIE (1) Elektron może przejść przez ścianę mimo, że jego energia, z pozoru, na to nie pozwala

4 Obiekty mikroświata zachowują się inaczej niż obiekty klasyczne TUNELOWANIE (1) Elektron może przejść przez ścianę mimo, że jego energia, z pozoru, na to nie pozwala

5 Zmiana szerokości d bariery może bardzo silnie zmienić natężenie prądu tunelujacych elektronów tunelowanie TUNELOWANIE (2) Swobodny elektron o energii E pada z lewej strony na barierę potencjału o wysokości V V(x) 0dx E część rzeczywista funkcji falowej | | 2 duża | | 2 mała V0V0 Mimo małej energii elektron może przedostać się poza barierę. Prawdopodobieństwo przedostania wynosi: Prąd tunelowania / nA Szerokość bariery / nm rozpad

6 Zmiana odległości próbka-ostrze może bardzo silnie zmienić natężenie prądu tunelujacych elektronów TUNELOWANIE (3) Tunelowanie może zachodzić między ostrzem a powierzchnią próbki Prąd tunelowania / nA V T - napięcie tunelowania (ok. 0.5 V) d - odległość ostrze - próbka (ok. 1 nm) W - praca wyjścia elektronu (ok. 5 eV) A = eV -1/2 nm -1 Odległość próbka ostrze / nm

7 MIKROSKOP TUNELOWY: ZASADA DZIAŁANIA

8 Promień krzywizny ostrza ok.1 nm OSTRZE MIKROSKOPU TUNELOWEGO Uzyskanie ostrza 90 % prądu tunelowego zawiera się w obszarze 1 atomu

9 Elektroda SKANER PIEZOELEKTRYCZNY Element piezoelektryczny pozwala na ruch ostrza w trzech kierunkach Zasada działania piezoelektryka:

10 SKANINGOWY MIKROSKOP TUNELOWY napięcie tunelowe system kontroli odległości i skanowania opracowanie danych i wyświetlanie wyniku napięcia sterujące piezoelektrykiem element piezoelektryczny: sterowanie odległością od próbki i skanowaniem wzmacniacz prądu tunelowego Próbka mikroskop

11 PRZETWARZANIE OBRAZU STM

12 Cu OBRAZY Z MIKROSKOPU TUNELOWEGO

13 OBRAZ POWIERZCHNI MONOKRYSZTAŁU NIKLU

14 podnoszenie atomu opuszczenie atomu MANIPULOWANIE ATOMAMI Przepływ prądu tunelowego oznacza istnienie oddziaływania między próbką, a ostrzem. Takie oddziaływanie może być zarówno przyciągające, jak i odpychające.

15 Żelazo na Cu (111) Różne stadia przygotowania zagrody OBRAZY Z MIKROSKOPU TUNELOWEGO

16 Sztuka manipulowania atomami, patrz:

17 Obraz (236nm x 192 nm) nici DNA poddanych liofilizacji i pokrytych przewodzącą warstwą Pt-Ir-C. OBRAZY Z MIKROSKOPU TUNELOWEGO zastosowania w biologii

18 MIKROSKOP SIŁ ATOMOWYCH AFM idea: 1986 Możliwość obserwacji powierzchni w powietrzu i pod cieczą Rozdzielczość: 0.01 nm Ostrze jest umocowane na swobodnym końcu dźwigni o długości mm. Detektor mierzy ugięcie dźwigni podczas, skanowania próbki lub gdy próbka jest przesuwana pod ostrzem.

19 SIŁY MIĘDZY ATOMAMI Siły elektrostatyczne (przyciągające lub odpychaj.) m Siły Van der Waalsa (przyciągające ) nm Siły Coulomba (odpychające ) nm powierzchnia próbki Wysokość nad próbką Mod kontaktowy

20 duża rozdzielczość obrazów duże siły adhezyjne spowodowane obecnością zanieczyszczeń powierzchni możliwość uszkodzenia próbki lub ostrza Tryb bezkontaktowy: mniejsza rozdzielczość obrazów możliwość skanowania miękkich powierzchni (brak zniszczeń skanowanej powierzchni) dobra zdolność rozdzielcza TRYBY PRACY AFM Tryb kontaktowy: Tryb z przerywanym kontaktem (tapping mode) :

21 Obraz DNA otrzymany w trybie Tapping Mode. Odległość między poszczególnymi helisami DNA wynosi około 4 nm. OBRAZY Z MIKROSKOPU AFM

22 MIKROSKOP SIŁ MAGNETYCZNYCH MFM Kontrast wynika ze zmiany pól rozproszonych wywołanych niejednorodnościami namagnesowania domeny magnetyczne płaska próbka magnetyczna ostrze pokryte warstwą magnetyczną droga ostrza

23 Zapis bitów na nośniku magneto – optycznym TbFeCo OBRAZY Z MIKROSKOPU MFM: BITY NA NOŚNIKU MAGNETYCZNYM Dysk twardy

24 Wirujący z bardzo dużą prędkością kątową bąk symetryczny precesuje: moment pędu L obraca się wokół kierunku równoległego do działającej siły, czyli do osi precesji. Częstość precesji zależy od siły ciężkości G r sm L R G N dL L m Elektron, proton, jądro atomu mają moment pędu, który jest związany z momentem magnetycznym dL B Jeśli jądro umieści się w polu magnetycznym B, to na moment magnetyczny działa moment siły, co sprawia, że jądro precesuje wokół pola B z częstością zależną od pola MAGNETYCZNY REZONANS JĄDROWY NMR Jak to działa

25 MAGNETYCZNY REZONANS JĄDROWY NMR (2) B Tylko niektóre kąty ustawienia L w stosunku do B (a więc też częstości precesji) są możliwe (mechanika kwantowa). L m dL 1 Czym większy kąt, tym większa energia jądra w polu B Kąt (a więc energię) precesji można zmienić przy pomocy zmiennego pola magnetycznego (zewnętrznego promieniowania)

26 MAGNETYCZNY REZONANS JĄDROWY NMR (2) L B 2 Tylko niektóre kąty ustawienia L w stosunku do B (a więc też częstości precesji) są możliwe (mechanika kwantowa). Czym większy kąt, tym większa energia jądra w polu B Kąt (a więc energię) precesji można zmienić przy pomocy zmiennego pola magnetycznego (zewnętrznego promieniowania) częstość zmiennego pola B zaabsorbowana energia

27 MAGNETYCZNY REZONANS JĄDROWY NMR (2) L B 2 Tylko niektóre kąty ustawienia L w stosunku do B (a więc też częstości precesji) są możliwe (mechanika kwantowa). Czym większy kąt, tym większa energia jądra w polu B Kąt (a więc energię) precesji można zmienić przy pomocy zmiennego pola magnetycznego (zewnętrznego promieniowania) częstość zmiennego pola B zaabsorbowana energia

28 MAGNETYCZNY REZONANS JĄDROWY Jądro ma moment magnetyczny. Jeśli nie jest on równoległy do zewnętrznego pola B, to jądro ma zwiększoną energię......i moment precesuje wokół B z częstością zależną od pola i momentu magnetycznego Jądro można wprowadzić w stan precesji (zwiększyć jego energię) wysyłając foton o energii E Po pewnym czasie precesją kończy się: jądro przechodzi do swojego stanu podstawowego

29 SPEKTROSKOPIA NMR Jądra o spinie ½ mają tylko 2 możliwe ustawienia względem pola magnetycznego: równoległe i antyrównoległe. Obsadzenie tych stanów jest prawie równe. Np. dla wodoru w temperaturze 25 st.C jak : Zewnętrzne pole magnetyczne jest modyfikowane przez najbliższe otoczenie elektronowe a) atomu danego jądra, b) atomów sąsiednich. Powoduje to zmiany częstości rezonansowej. Jest to tzw. przesunięcie chemiczne. Tak samo magnetyzm sąsiednich jąder zmienia rezonans. Jest to tzw. sprzężenie spin-spin. Oba efekty możliwiają zbadanie składu chemicznego i struktury chemicznej danego ciała.

30 OBRAZOWANIE NMR Jeżeli zewnętrzne pole magnetyczne jest niejednorodne (istnieje gradient pola), to częstość rezonansowa będzie zależała od współrzędnej położenia jądra w próbce. Obserwując natężenie sygnału w zależności od głebokości można uzyskać przestrzenny rozkład atomów danego pierwiastka. Stosując gradient kolejno w kierunkach osi x, y i z otrzymuje się pełny, 3-wymiarowy obraz badanego ciała. Linie pola magnetycznego Indukcja pola magnetycznego w położeniach x 1 oraz x 2 jest różna. Badana próbka

31 NMR W BADANIU WIĄZAŃ CHEMICZNYCH Jądra atomowe również w związku mają momenty magnetyczne. Bez pola B te momenty ustawione są chaotycznie......a w obecności pola B precesują wokół kierunku pola z częstością zależną od pola i momentu magnetycznego (zależnych od otoczenia, a więc sposobu wiązania) Zmiana ustawienia momentu (a więc pomiar częstości precesji) polem możliwa jest tylko wówczas gdy zmienne pole magnetyczne będzie miało częstość równą częstości precesji NMR umożliwia badanie wiązań chemicznych i położeń najbliższych atomów w stosunku do atomów wodoru prec esja chaos

32 NMR W MEDYCYNIE Pomiarowi podlega: *ilość zaabsorbowanej energii (informacja o gęstości protonów) *wielkość energii E (informacja o częstości precesji, a więc o polu B otoczenia) *czas relaksacji (dodatkowa informacja o otoczeniu) Wartości i gęstość protonów różnych tkanek są różne, a zmiany chorobowe również na nie wpływają. Dzięki temu mierząc absorpcję oraz czasy relaksacji dostajemy informację o stanie tkanek i narządów organizmu Tomografia rezonansu magnetycznego (F. Bloch, E. M. Purcell nagroda Nobla 1952, P. Lauterbur 1973) rezonans w wybranej warstwie Czas namagnesowywania zależy od rodzaju tkanki Badanie nieszkodliwe rezonans w wybranej warstwie Czas namagnesowywania zależy od rodzaju tkanki Badanie nieszkodliwe

33 NMR W MEDYCYNIE Jądra wodoru w H 2 O=magnesiki Magnesiki ustawiając się w polu magnetycznym wirują i emitują fale radiowe Jądra wodoru w H 2 O=magnesiki Magnesiki ustawiając się w polu magnetycznym wirują i emitują fale radiowe

34 NMR W MEDYCYNIE Promienie rentgena NMR


Pobierz ppt "STM Scanning Tunneling Microscopy Skaningowa mikroskopia tunelowa AFM Atomic Force Microscopy Mikroskopia siły atomowej MFM Magnetic Force Microscopy Mikroskopia."

Podobne prezentacje


Reklamy Google