Bài thuyết trình: Phát xạ lạnh (kính hiển vi STM)

Bài thuyết trình: Phát xạ lạnh (kính hiển vi STM) giới thiệu về lịch sử, nguyên lý hoạt động; cấu tạo các hệ cơ khí, hệ chống rung, hệ điều khiển phản hồi, đầu dò STM của kính hiển vi điện tử xuyên hầm STM. Đây là tài liệu tham khảo dành cho sinh viên ngành Vật lý ứng dụng.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài thuyết trình: Phát xạ lạnh (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.comKÍNH HIỂN VI ĐIỆN TỬ XUYÊN HẦM (STM) 1.NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 2.CẤU TẠO CỦA STM • Hệ cơ khí • Hệ chống rung • Hệ điều khiển phản hồi • Đầu dò STM 3.ỨNG DỤNG Lịch sửKínhhiểnviđiệntửxuyênhầmđượcpháttriểntạiIBMZürichnăm1981bởiGerdBinningvàHeinrichRohrervàsauđóhaingườiđoạtgiảiNobelvậtlýnăm1986dophátminhrakínhhiểnvinày.GerdBinning HeinrichRohrer 1. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG°Döïa treân nguyeân lyù xuyeân haàm löôïng töû cuûa caùc ñieän töû giöõa 2 cöïc ñieän khi coù ñieän tröôøng ñaët vaøo.°Heä soá xuyeân haàm ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc:°Khi khoâng coù ñieän tröôøng ngoaøi (khoâng cung caáp naêng löôïng cho ñieän töû) heä soá D vaãn khaùc khoâng. D tæ leä nghòch vôùi a – khoaûng caùch giöõa hai ñieän cöïc (khoaûng caùch giöûa m vaø aãu tip) vaø tæ leä thuaän vôùi naêng löôïng ñieän töû W.The Scanning Tunneling Microscope (STM)STM là kính hiển vi điện tử đầu dò có độ phân giải đạt đến nguyên tử. Quantum Tunneling Classical Wave Function For Finite Square Well Potential Where E Quantum Tunneling Quantum Wave Function For Finite Square Well Potential Where E Quantum TunnelingĐồ thị mô tả hiệu ứng xuyên hầm: n(r) xác suất tìm thấy electron. V(r) thế của electron. Electron có thể xuyên hầm từ nguyên tử này sang nguyên tử khác. Quantum TunnelingBây giờ chúng ta xem xét trường hợp sâu hơn là electron xuyênhầm từ kim loại này sang kim loại khác. EF là mức năng lượngFermi.Đặt một hiệu điện thế giữa hai bản kim loại có thể tạora dòng electron xuyên hầm. Sample Tip Quantum TunnelingTheo cơ học lượng tử hàm sóng là hàm mũ.Do đó xác suất tìm thấy electron sau rào thế có bề dày d: −2 kd I = f ( E ).e Và: 1Trong đó f(E) là hàm phân bố Fermi. f ( E ) = ( E − EF )/ KT e +1 Quantum Tunneling Trong đó:Cácgiátrịm,d,Φxácđịnh(Φlàcôngthoát),dkhoảng1Å. Hiện tượng áp điệnHiện tượng áp điện xảy ra với các tinh thể,khitinh thể bị nén thì tạo ra hiệu điện thế giữa haimặt tinh thể.Khi chúng ta đặt một điện trường vào tinh thể ápđiện, tinh thể bị biến dạng. Hiện tượng đó gọi làhiện tượng áp điện.Sự biến dạng khoảng 0.01A0 đến vài micromet. Do đó giúp cho mẫu và tipcách nhau khoảng 1 A0. Electric Field Pizos The tip Típ được gắn vào 3 tinh thể gốm áp điện và có thể dịch chuyển theo 3phương 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 đi ệntử của mẫu dưới đầu dò, như vậy hình ảnh tạo được do giá trị dòngxuyên hầm tạo nên theo phương x,y, điểm nhô cao dòng I lớn ảnh sáng,điểm lõm dòng I nhỏ sáng yếu. I = (Vi / d ) exp( − CdΦ 1/ 2 ) C = 10,25( eV ) nm −1 1/ 2 d = 0,5nmÑeå ghi hình aûnh tip (hoaëcmaãu) seõ chuyeån ñoäng coønmaãu (hoaëc tip) ñöùng yeân,luùc ñoù doøng ñieän xuyeânhaàm seõï thay ñoåi (do D thayñoåi) tuyø thuoäc vaøo ñòahình cao thaáp cuûa beà maëtmaãu hoaëc traïng thaùi ñieäntöû cuûa beà maët maãu. 1.Chế độ hoạt động dòng không đổi. Dòng xuyên hầm được giữ không đổi qua hệ thống điều khiểnphản hồi Feedback. Trong chế độ này tạo hình ảnh bề mặt qua sựthay đổi độ cao z của đầu dò. Sử dụng ở phạm vi quét lớn hơn 100Å để đo địa hình bề mặt. 2.Chế độ chiều cao không đổi. Lúc này mạch phản hồi không hoạt động, vị trí z của tip được giữkhông đổi, hình ảnh tạo được là do biến thiên của dòng tu ...