Jump to content
  • entries
    192
  • comments
    3,217
  • views
    226,324

Nanotechnologie: Skaningowy Mikroskop Tunelowy


Lord Nargogh

2,891 views

Jakiś czas temu (w zasadzie to już dość długi czas temu) pisałem o zjawisku tunelowym. Wspominałem także, że znajduje on zastosowanie przy konstrukcji specjalnych mikroskopów. No i tak się akurat złożyło, że podczas szkoły letniej (a potem w czasie regularnych laboratoriów w czasie zajęć) miałem przyjemność pracować na takim mikroskopie.

Na początek trochę absolutnych podstaw idei działania takiego mikroskopu. Na specjalnym skanerze wykonanym z piezoelektrycznego materiału umieszczamy próbkę, którą chcemy przebadać. Skaner ten pod wpływem przyłożonego napięcia zmienia swoje wymiary (odwrotne zjawisko piezoelektryczne - opowiem o tym kiedy indziej), czym powoduje ruch przymocowanej próbki. Bardzo precyzyjny ruch - z dokładnością do dziesiątych części nanometra (nanometr to 1/1 000 000 000 metra - jedna miliardowa). Nad skanerem i próbką znajduje się specjalne przewodzące ostrze - i to o takiej ostrości, że wszystkie fantastyczne miecze z gier komputerowych mogą się schować. To ostrze jest tak ostre, że już bardziej się nie da. Na jego końcu znajduje się pojedynczy atom. Pomiędzy ostrzem a próbką przykładamy pewne napięcie, na skutek czego pomiędzy nimi zaczynają tunelować elektrony. Intensywność tego tunelowania, czyli natężenie prądu tunelowego jest ściśle zależne od odległości ostrza od próbki - czyli im bliżej próbki jest ostrze, tym więcej elektronów tuneluje. My ten prąd rejestrujemy, obrabiamy i otrzymujemy w ten sposób obraz posiadający prawdziwą rozdzielczość atomową, czyli mówiąc po ludzku - widzimy pojedyncze atomy. Tak w zasadzie to jest pewne oszustwo, bo widzimy tylko superpozycje chmur elektronowych tych atomów, ale w bardzo wielu przypadkach pokrywa się to z rzeczywistą powierzchnią próbki. Problem może się pojawić, gdy znajdują się na niej jakieś syfy zmieniające przewodność, takie jak cząsteczki powietrza czy wody.

Proces i budowa jest oczywiście dużo bardziej skomplikowana (powstały o tym grube książki), jednak nie sądzę żeby kogoś tutaj interesowały takie detale. Przejdźmy zatem do konkretów, czyli popatrzmy na atomy, które zarejestrował Lord:

zrebyatomowe.jpg

Tutaj widzimy tzw. zręby atomowe. Te grube linie na obrazku przedstawiają kolejne warstwy atomów węgla na powierzchni grafitu - pojedyncza taka warstwa to nic innego niż grafen, o którym pisano nawet w ostatnim numerze Cd-Action

grafitp.jpg

Nieco większe 'powiększenie'. Widać już pojedyncze atomy. Yay!

siatkagrafit.jpg

Tutaj już wyraźnie widać atomy węgla. Zaznaczyłem nawet pojedynczą płaszczyznę komórki elementarnej heksagonalnej sieci krystalicznej grafitu. Tak w zasadzie to powinien być sześciokąt, ale mamy tu pewne problemy wynikające z nakładania się chmur elektronowych wynikające z przemieszczenia kolejnych grafenowych warstw wobec siebie.

To tyle na dzisiaj. Mam nadzieję że kogoś zaciekawiłem - następnym razem napiszę o statycznym AFMie (Atomic Force Microscope) i zamieszczę zdjęcia płyt i matryc CD oraz układu scalonego w potężnym powiększeniu.

EDIT: Widzę że podziałka na ostatnim zdjęciu jest wyrażona w tzw. Angstremach, których wielkości nie musicie znać. Tłumaczę zatem: jeden Angstrem to 1/10 nanometra (czyli jedna dziesięciomiliardowa metra).

9 Comments


Recommended Comments

Lwiej części pojęć jeszcze nie rozumiem, ale jako że fizyka mnie ciekawi, (tak wiem,gdybym faktycznie się ciekawił to bym znał te pojęcia, ale spoko i na to przyjdzie czas :) ), ale ogólny sens i cel zajarzyłem, i muszę powiedzieć, że badanie POJEDYNCZYCH atomów jest NAPRAWDĘ ciekawe. Poza tym będzie można poszpanować na kółku z fizyki. :)

Link to comment

Grafen to przyszłość, a że miałeś okazję go oglądać pod mikroskopem... Fiu fiu!

Z czego i jak wykonuje się to ostrze? Czym się różni od igły?

Link to comment

Nie oglądałem grafenu pod mikroskopem - oglądałem grafit. Pojedyncza warstwa atomów z grafitu to grafen. To ogromna różnica, bo grafenu nie da się tak łatwo uzyskać - grafit jest tani jak barszcz (kup sobie ołówek), a grafen jest najdroższym materiałem istniejącym na świecie. Tysiące dolarów za jeden centymetr kwadratowy grafenu.

Link to comment

Ostrze jest wykonane na przykład ze stopu irydowo-platynowego. Ostrość można uzyskać na kilka różnych sposobów, ja pracowałem na dwóch. Łopatologicznym - bierzemy drut i odcinamy jego koniec ciągnąc go jednocześnie i modlimy się żeby na końcu znajdował się jeden atom. Albo poprzez trawienie - umieszczamy drut w małej metalowej pętli, w środku której znajduje się jakiś kwas i otaczamy tą pętlę polem elektrycznym, powodując jej wirowanie i powolne wytrawianie drutu.

Link to comment
Guest
Add a comment...

×   Pasted as rich text.   Paste as plain text instead

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.

×
×
  • Create New...