Рѕсѓрѕрѕрірѕр°Сџ характеристика древнего китая: ИПМК Виртуальный атомно-силовой РјРёРєСЂРѕСЃРєРѕРї. Введение

руб. Введение

От авторов

Инструментальный программно-методический комплекс «Р’иртуа льный атомно-силовой РјРёРєСЂРѕСЃРєРѕРї» посвящен изучению РѕСЃРЅРѕРІ работы РЅР° атомно-силовом РјРёРєСЂРѕСЃРєРѕРїРµ. ИПМК содержит краткую теоретическую часть, РІ которой отражены основные понятия сканирующ Rµr№ r · rsrSrґrSrIrSr№ rјrёrєS-rsSSrєrSrїrёrё rёr ° c ° РљСЂРѕРјРµ того, ИПМК содержит три лабораторные работы, которые позволят Р’ ам освоить проведение измерений РЅР° атомно-силовом РјРёРєСЂРѕСЃРєРѕРїРµ РІ контактном Рё полуконтактном режимах, Р° также получить первый опыт обработки аналиѷа РЎР—Рњ дананаР….
Желаем удачи РїСЂРё работе СЃ ИПМК «Р’иртуальный атомно-силовой РјРёРєСЂРѕСЃРєРѕРї «Rё ri rsscѓrryr -µrsrёrё -c -rґrёrё -° gr -grsrsr№rµrёrё -rєrёrё -rєrєrґ -rsrґrґrґrґrґrґrґrґrґrґrґrґrґrґrґrґrґrґrґrґrёrёrёrґrґrґrґrґrґrґrґrґrґrґrґrґrґrґrґrґrґrґrґrґrґrґrґrґrґrґrґrґrґrґrґrґrґrґrґrґrґrґrґrґrґrґrґrґrґrґrґrґrґrґrґrґrsrSrSr№R

Сканирующая зондовая РјРёРєСЂРѕСЃРєРѕРїРёСЏ — РѕРґРёРЅ РёР· мощных современных методов исследования морфологии Рё лока льных свойств поверхности твердого тела СЃ высоким пространственным разрешением. Р—Р° последние 10 лет сканирующая зондовая РјРёРєСЂРѕСЃРєРѕРїРёСЏ превратилась РёР· экзотической методики, РґРѕСЃС‚ СѓРїРЅРѕР№ лишь ограниченному РєСЂСѓРіСѓ исследовательских РіСЂСѓРїРї, РІ современный Рё успешно применяемый инструмент для исследования СЃРІРѕР№СЃС‚ повехности твердых тел. Р’ настоящее время практически РЅРё РѕРґРЅРѕ исследование физики поверхности РЅРµ обходится без применения РЎР—Рњ . Развитие сканирующей Р·РѕРЅРґРѕРІРѕР№ РјРёРєСЂРѕСЃРєРѕРїРёРё послужило толчком для развития нанотехнологий. [1]

Подробно рассмотрим термин сканирующая зондовая микроскопия

Сканирующая — изображение РёСЃСЃР »РµРґСѓРµРјРѕР№ области строится поточечно построчно, РїСЂРё этом РІ каждый момент времени регистрирует СЃСЏ взаимодействие РІ единственной точке поерхнаѕСЂРѕР‚РЂРЂРѕР±РЂРЃ Сканирование осуществляется СЃ использованием специальных прецизионных подвижек — сканеров, РїРѕР· RhrSrSr »sџSs ‰ rёS… rїrµc ђrјrµrµ -ro r ° c ° С. rsr ± s or ° r · -rµ † (r · rsrSrSRSRSRSRSRSRSRґ).

Зондовая — для регистрации локального взаимодействия СЃ поверхностью исследуемого образца используются специализированные зондовые датчики (Р РёСЃ. 1), как правило, имеющие нанометровый радиус закругДения кончика. Р’ РїРѕ типу регистрируемого взаимодействия зондовые датчики можно разделить РЅР° туннельны Рµ (РёС. 1Р°), силовые (РёС. 1РІ) ибижнеполные оптическе (РёС. 1Р±).

РњРёРєСЂРѕСЃРєРѕРїРёСЏ — получение увеличенных изображений поверхности исследуемого образца Р·Р ° счет детекции Рё картирования различных характеристик (например туннельного тока).

РџРѕ типу регистрируемого взаимодействия РЎР—Рњ раделяется РЅР° три основных измерительных класса: сканирующая туннельная РјРёРєСЂРѕСЃРєРѕРїРёСЏ (РЎРўРњ), атомно-силовая РјРёРєСЂРѕСЃРєРѕРїРёСЏ (РђРЎРњ) Рё сканирующая Р±Р» ижнепольная оптическая РјРёРєСЂРѕСЃРєРѕРїРёСЏ (РЎР’РћРњ).

Атомно-силовая микроскопия

РќР° сегодняшний день, наибольшее распространение получила Р° томно-силовая РјРёРєСЂРѕСЃРєРѕРїРёСЏ. Популярность РђРЎРњ объясняется широкими исследовательскими возможностями, простотой РІ релизации Рё РёСЃРїРѕР» ьзовании, Р° также нанометровом Рё субнанометрове2µРёСРЂР°µ2ЈрЀаз€СЂРЂР°Р·€СЂРЂР°Р·€СЂРЂР°Р·СЂРЂР°Р·СЃРј.

Р РёСЃСѓРЅРѕРє 2. Зависимость силы Ван дер Ваальса, взаимодействия между Р ·РѕРЅРґРѕРІС‹Рј датчиком Рё поверхностью образца, РѕС‚ расстояния между поверхностью Рё кончиком Р·РѕРЅРґР °.

Р’ исследованиях используются специализированные силовые зондовые датчики (Р РёСЃ.1В), количество: кантилевера — специальной СѓРїСЂСѓРіРѕР№ балки длиной около 100-200 РјРєРј СЃ заданным РєРѕСЌС „ициентом жесткости; Р·РѕРЅРґР° — РєРѕРЅСѓСЃР° или пирамиды расположенной РЅР° конце кантилевера Рё имеющего нанометровый СЂР °РґРёСѓСЃ закругления. Коэффициент жесткости кантилевера определяет диапозон рабочих СЃРёР» взаимодейст РІРёСЏ между зондовым датчиком Рё поверхностью образца, Р° радиус закругления Р·РѕРЅРґР° — разрешение методики.

РџСЂРё приближении Рє поверхности образца кантилевер изгибается Р·Р° счет межатомарного взаимодействия (СЃРёР» Ван дер Ваалсьа) между кончиком Р·РѕРЅРґР° Рё РїРѕРІРµСЂС …ностью исследуемого образца. РќР° достаточно больших расстояниях (РґРѕ 10 РЅРј) РЅР°СблѵдаСРЃС‚ССС СЃРёР»С‹ притяжения (Р РёСЃ. 2), РЅР° меньших расстояниях переходящие РІ силы отталкивания. Р’ зависимости регистрируемого взаимодействия выделяют РґРІР° основных режима (РјРѕРґС‹) работы РђРЎРњ : контактный Рё бесконтактактный(полуконтактный).

Для регистрации взаимодействия Р·РѕРЅРґРѕРІРѕРіРѕ датчика СЃ поверхностью образца используется оптическая схема (Р РёСЃ. 3). РќР° верхнюю поверхность кантилевера (СЃ предварительно нанесенным отражающим покрытием) С „окусируется лазер, после отражения лазер фокусируется РЅР° специальный чет ырехквакрантный фотодиод. РџРѕ смещению пятна РЅР° фотодиоде определяется сила взаимодействия. РџСЂРё РёР·РіРёР±Рµ кантилевера вверх РїРѕРґ действием силы отталкивания РїСЂРѕРёСЃС…РѕРґРёС‚ смещения пятна вверх , данной смещение может быть зарегистрированно РїРѕ появлению разницы фототоков верхнеР№ Рё нижней половин фотодиода ( номер DFL ). РџРѕ смещению пятна РЅР° фотодиоде вправо Рё влево можно судить Рѕ кручении кантилевера Р·Р° счет СЃРёР» трения СЃ поверхностью исследуемого образца ( СЃРёРіРЅ ). Р°004LF .

Рисунок 3. Оптическая система регистрации изгиба канитилевера в атомно-сил овом микроскопе.

Р’Рѕ время сканирования система отрицательной обратной СЃРІСЏР·Рё, управляющая z -сканером, поддерживает постоянным величину РёР·РіРёР±Р° кантилевера, перемещая образец РІРІРµСЂС … Рё РІРЅРёР·. РџСЂРё этом информация Рѕ морфологии поверхности исследуемого образца может быть получ ена РёР· напряжения, подаваемого РЅР° z-сканер. Величина подедрживаемого РёР·РіРёР±Р° ( Set Point ) Уст. Скорость работы обратной СЃРІСЏР·Рё определяется коэффициентом усиления обратной СЃРІСЏР·Рё (уровень FB Gain ). Р’ случае слишком медленной обратной СЃРІСЏР·Рё особенности рельефа Р±СѓРґСѓС‚ регистрироват СЊСЃСЏ неточно, будет наблюдаться «СЂР°Р·РјР°Р·С‹РІР°РЅРёРµ» резких перепадов высот, Р ° также возможны самопроизвольные выходы РёР· обратной СЃРІСЏР·Рё, которые С‡ реваты преждевременным РёР·РЅРѕСЃРѕРј Р·РѕРЅРґРѕРІРѕРіРѕ датчика. Слишком быстрая обратная СЃРІСЏР·СЊ может войти РІ режим возбуждения, С‡С ‚Рѕ приведет Рє появлению высокочастотных шумов РЅР° получаемых изображениях.

Конкретная реализация атомно-силового РјРёРєСЂРѕСЃРєРѕРїР° зависит РѕС‚ выбранного режима РёР· мерений. Р’ контактном режиме регистрируется статический РёР·РіРёР± кантилевера, РІ то время как РІ Р ±РµСЃРєРѕРЅС‚актном/полуконтактном режиме регистрируется амплитуда его вынужденных колебаниР№, что обусловленно слишком малыми величинами СЃРёР» притяжения между зондовым РґР° тчиком Рё поверхностью образца.