Bài thuyết trình Quang học: Kính hiển vi đường hầm quét STM

Dưới đây là bài thuyết trình Quang học: Kính hiển vi đường hầm quét STM, bài thuyết trình giới thiệu tới các bạn những nội dung về quá trình lịch sử, nguyên tắc hoạt động, cấu tạo, ưu - nhược điểm, ứng dụng của kính hiển vi đường hầm quét STM.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài thuyết trình Quang học: Kính hiển vi đường hầm quét STM ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH C KHOA HỌC TỰ NHIÊN VẬT LÝ ỨNG DỤNG CHUYÊN NGHÀNH: QUANG HỌC  Kính hiển vi đường hầm quét STM The Scanning Tunneling Microscope HV: LÊ PHÚC QUÝ TRẦN THỊ THỦY M THỊ HỒNG HẠNH CBHD: TS. LÊ VŨ TUẤN HÙNG Nội dung trình bày: 1.QÚA TRÌNH LỊCH SỬ. 2.NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 2.CẤU TẠO CỦA STM 3.ƯU ĐiỂM - NHƯỢC ĐiỂM 4.ỨNG DỤNG 1.QÚA TRÌNH LỊCH SỬ. Năm 1972 : Yuong là người đầu tiên sử dụng thiết bị không tiếp xúc topogarfiner(phát triển từ năm 1965 và 1971) để đo địa hình vi mô của bề mặt kim loại. rung Ảnh độ phân giải thấp Không tạo được ảnh ở chế độ tunnel Russell D. Young Năm 1982 : IBM Zürich, Thụy Sĩ Gerd Binning và Heinrich Rohner Chống rung Nobel vật lý năm 1986 STM Nhận được bức ảnh đầu tiên với độ phân giải nguyên tử 2.NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG Dựa vào hiệu ứng xuyên đường hầm lượng tử của electron Hiệu ứng xuyên hầm lượng tử của electron Trong cơ học cổ điển Khi một vật gặp một rào thế mà nó không có đủ năng lượng đi qua rào thế thì nó luôn bị phản xạ lại. Năng lượng của một electron chuyển động trong một U tiềm năng (x) p 2x U x E 2m Điện tử có lực khác không khi E> U (x), U(x) nhưng khi E Hiệu ứng xuyên hầm lượng tử của electron Theo cơ lương tử: Trong cơ học lượng tử, chuyển động của electron: Hˆ ( z ) U z ( z ) E ( z ) Nghiệm phương trình: 2 kd I f ( E ).e 1 f (E) Trong đó f(E) là hàm phân bố Fermi. e( E EF )/ KT 1 Hiệu ứng xuyên hầm lượng tử của electron Trong đó: d: khoảng cách giữa đầu dò và mẫu Ф: chiều cao hố thế m: khối lượng e. I giảm theo hệ số 10 khi khoảng cách tăng 1 Ao I co giá trị từ 10pA – 1nA ( Ф cỡ vài eV,d cỡ 0,5 nm) Khi electron vượt đường ngầm ra ngoài tạo một dòng điện nhỏ được đầu dò ghi lại sau đó chuyển về máy tính ghi nhận tín hiệu và dựng lại bề mặt mẫu. Có hai cơ chế hoạt động chính Dòng không đổi Độ cao không đổi Dòng không đổi - Độ cao đầu dò thay đổi sao cho dòng xuyên ngầm là const ghi nhận sự thayđổi của đầu dò Độ cao không đổi - Độ cao của mẫu được giử nguyên , sự thay đổi ở bề mặt mẫu thay đổi ghi theo dạng tín hịêu điện Kiểu quét chiều cao không đổi Tốc độ nhanh hơn vì không điều chỉnh trục z nhưng chỉ giới hạn ở mẫu có bề mặt phẳng Kiểu quét dòng không đổi: Quét chậm vì bộ phận hồi tiếp phải điều chỉnh khoảng cách giữa đầu dò và mẫu 3.CẤU TẠO CỦA STM Cấu tạo chính của STM gồm : •Đầu dò (tip) •Bệ đặt mẫu •Bộ khuếch đại •Hệ điều khiển truy hồi. •Máy tính xử lý •Bộ áp điện •Hệ chống rung Đầu dò Hình ảnh sắc nét phụ thuộc vào độ sắc nhọn của đầu dò Tip được chế tạo bằng cắt cơ học, mài bóng và ngâm vào dung dịch khắc (kiềm) . Bán kính của tip nhỏ hơn 1000 Å. Tip thường được làm từ W (bền chắc nhưng dần bị oxy hóa) hoặc Pt/Ir (trơ hóa học trong không khí và trong dung môi). Bệ đặt mẫu Hệ chống rung •Rung động của tòa nhà, đi lại của con người, âm thanh …. ảnh hưởng đến độ chính xác của STM Yêu cầu bắt buộc là biên dộ dao động không mong muốn phải nhỏ hơn 0.1 A0 đđể có thể tạo ảnh nguyên tử Hệ chống rung làm việc trong môi trường không khí Khi STM hoạt động trong không khí không yêu cầu độ phân giải cao. 1. Hệ chống rung thủy lực 2. Hệ chống rung bằng lò xo. Hệ chống rung Trong chân không cao •Đối với STM hoạt động trong chân không thi hệ thống chống rung phải yêu cầu cao, khi ấy sử dụng chống rung đặc biệt. Hệ chống rung trên đệm từ chứa Heli lỏng W-ñaàu doø baèng tungsten A-giaù ñôõ ñaàu doø PP- taám aùp ñieän F- chaân ñeá D- taám ñieän moâi MP-taám kim loaïi M- nam chaâm Hệ chống rung Hệ điều khiển truy hồi. Nhiệm vụ giữ khoảng cách tip- mẫu không (chế độ cao không đổi ) hoặc giữ cho dòng tunnel giữa tip-mẫu không đổi(chế độ dòng không đổi) Dòng tunnel được chuyển thành điện áp và so sánh với giá trị chuẩn tạo tín hiệu vi sai, tín hiệu này lại được chuyển đổi thành điện áp để điều khiển vị trí gốm áp điện theo hướng z (để tạo hiệu chỉnh cho độ cao không đổi hoặc dòng không đổi) Nhiệm vụ điều chỉnh vị trí gốm áp điện tín hiệu vi sai này cũng được lưu giữ như hàm của x, y, z •Bộ áp điện Là trung tâm vận hành Tip của STM. Giúp mũi dò di chuyển tinh tế hơn có 2 loại áp điện tripod tube ...