Kynning á skönnun jarðganga rafeindasmásjár
Kynning
Rafeindasmásjáin er mjög gagnleg til að fylgjast með heildarbyggingu efnisins, en hún er erfiðari við greiningu á yfirborðsbyggingu vegna þess að rafeindasmásjáin fær upplýsingar í gegnum háorku rafmagnið í gegnum sýnið, sem endurspeglar sýnisefnið. . innherjaupplýsingar. Þrátt fyrir að skanna rafeindasmásjár (SEM) geti leitt í ljós ákveðin yfirborðsaðstæður, þar sem rafeindirnar hafa alltaf ákveðna orku og komast inn í sýnið, er svokallað „yfirborð“ sem greint er alltaf á ákveðnu dýpi og klofningshraði er einnig mikil áhrif. takmörk. Þótt vel sé hægt að nota Field Emission Electron Microscope (FEM) og Field Ion Microscope (FIM) til yfirborðsrannsókna, þá þarf sýnishornið að vera sérstaklega útbúið og aðeins hægt að setja það á mjög þunnan nálarodda og sýnið þarf líka að þola hástyrks rafsvið, þannig að það takmarkar notkunarsvið þess.
Scanning Tunneling Electron Microscope (STM) virkar á allt annarri meginreglu, hún aflar ekki upplýsinga um efni sýnisins með því að virka á sýnið með rafeindageisla (eins og sendi- og skanna rafeindasmásjár), né notar hún háa rafsvið til að láta rafeindirnar í sýninu auka meira en þær koma út. Hægt er að nota losunarstraumsmyndgreininguna (eins og rafeindasmásjá með rafeindasmásjá) sem myndast af orku vinnunnar til að rannsaka sýnisefnið. Það er myndað með því að greina gangstrauminn á yfirborði sýnisins, til að rannsaka yfirborð sýnisins.
meginreglu
Skanna jarðganga smásjá er ný tegund af smásjá tæki til að greina yfirborðsformgerð fastra efna með því að greina jarðgangastraum rafeinda í atómum á föstu yfirborðinu samkvæmt meginreglunni um jarðgangaáhrif í skammtafræði.
Vegna jarðgangaáhrifa rafeinda eru rafeindir málmsins ekki algjörlega bundnar innan yfirborðsmarkanna, það er að þéttleiki rafeinda fellur ekki skyndilega niður í núll við yfirborðsmörk, heldur eyðist veldishraða utan yfirborðsins; rotnunarlengdin er um 1nm, sem er mælikvarði á yfirborðshindrun rafeinda til að komast út. Ef tveir málmar eru mjög nálægt hvor öðrum geta rafeindaský þeirra skarast; ef lítil spenna er á milli málmanna tveggja má sjá rafstraum (kallað jarðgangastraum) á milli þeirra.
Vinnubrögð
Þó að uppsetningar skönnunar rafeindasmásjáa séu mismunandi, innihalda þær allar eftirfarandi þrjá meginhluta: vélrænt kerfi (spegilhluti) sem knýr rannsakann til að gera þrívíðar hreyfingar miðað við yfirborð leiðandi sýnisins, og er notað til að stjórna og fylgjast með rannsakanum. Rafeindakerfið fyrir fjarlægðina frá sýninu og skjákerfið til að breyta mældum gögnum í myndir. Það hefur tvær vinnustillingar: stöðugur straumstilling og stöðugur hár hamur.
Stöðugur straumur hamur
Jarðgangastraumnum er stjórnað og haldið stöðugu með rafrænni endurgjöf. Þá stjórnar tölvukerfinu nálaroddinum til að skanna á sýnisflötinn, það er að láta nálaroddinn hreyfast tvívítt eftir x og y áttum. Þar sem stjórna þarf jarðgangastraumnum til að vera stöðugt mun staðbundin hæð milli nálaroddsins og sýnisyfirborðsins einnig vera stöðug, þannig að nálaroddurinn mun framkvæma sömu upp og niður með upp og niður sýnisyfirborðinu, og upplýsingarnar um hæð endurspeglast í samræmi við það. Komdu út. Það er að segja, göng rafeindasmásjáin fær þrívíddarupplýsingar sýnisyfirborðsins. Þessi vinnuaðferð fær yfirgripsmiklar myndupplýsingar, hágæða smásjármyndir og er mikið notað.
Stöðug hæðarstilling
Haltu algjörri hæð nálaroddsins stöðugri meðan á skönnun sýnisins stendur; þá mun staðbundin fjarlægð milli nálaroddsins og sýnisyfirborðsins breytast og stærð gangnastraumsins I mun einnig breytast í samræmi við það; breytingin á jarðgangastraumnum I er skráð af tölvunni og breytt í Myndmerkið birtist, það er að skanna rafeindasmásjársmásjá er fengin. Þessi vinnuaðferð hentar aðeins fyrir sýni með tiltölulega flatt yfirborð og staka íhluti.
umsókn
Meginreglan um jarðgangasmásjána er að nota snjallt líkamleg jarðgangaáhrif og jarðgangastraum. Það er mikill fjöldi "frjálsra" rafeinda í málmhlutanum og orkudreifing þessara "frjálsu" rafeinda í málmlíkamanum er einbeitt nálægt Fermi-stiginu og það er hugsanleg hindrun með orku hærri en Fermi-stigið á málmmörkin. Þess vegna, frá sjónarhóli klassískrar eðlisfræði, geta "frjálsar" rafeindir í málmi, aðeins þær rafeindir sem hafa orku er hærri en landamærahindrun, sloppið innan úr málminum að utan. Hins vegar, samkvæmt meginreglum skammtafræðinnar, hafa frjálsar rafeindir í málmum einnig bylgjueiginleika og þegar þessi rafeindabylgja breiðist út að málmmörkum og rekst á yfirborðshindrun mun hluti hennar berast. Það er að segja að sumar rafeindir með orku sem er lægri en yfirborðsmöguleikahindrun geta komist í gegnum málmyfirborðspottuhindrunina og myndað "rafeindaský" á málmyfirborðinu. Þessi áhrif eru kölluð jarðgangagerð. Þannig að þegar tveir málmar eru í nálægð (minna en nokkrir nanómetrar) munu rafeindaský málmanna tveggja fara í gegnum hvert annað. Þegar viðeigandi spenna er beitt, jafnvel þótt málmarnir tveir séu ekki í raun í sambandi, mun straumur flæða frá einum málmi til annars. Þessi straumur er kallaður jarðgangastraumur.
Gangastraumur og gangnaviðnám er mjög viðkvæmt fyrir breytingum á bili ganganna. Jafnvel breyting á 0.01nm á bili ganganna getur valdið verulegum breytingum á straumi ganganna.
Ef mjög skarpur rannsakandi (eins og wolframnál) er notuð til að skanna samsíða yfirborðinu í x- og y-áttinni í nokkurra tíundu nanómetra hæð frá sléttu sýnisyfirborðinu, þar sem hvert atóm hefur ákveðna stærð, The Miðgöng bilið mun vera breytilegt með x og y, og göng straumur sem flæðir í gegnum rannsakann mun einnig vera mismunandi. Jafnvel hæðarbreytingar upp á nokkra hundruðustu úr nanómetra geta endurspeglast í jarðgangastraumum. Upptökutæki sem er samstilltur við skönnunarnemann er notaður til að skrá breytingar á jarðgangastraumnum og hægt er að fá skannamynd af rafeindasmásjá með nokkrum hundruðustu nanómetra upplausn.
