Самодельный сканирующий туннельный микроскоп

Самодельныйсканирующийтуннельныймикроскоп

Этот проект – моя попытка создать недорогой сканирующий туннельный микроскоп (СТМ), способный получать изображения с атомным разрешением в воздухе. Пьезосканеры, обычно используемые в STM, обычно стоят не менее сотен долларов. Некоторое время назад я наткнулся на простой проект STM Джона Александра , в котором он использовал дешевый пьезозуммер с одним из электродов, разрезанных на квадранты, чтобы обеспечить движение XYZ. Этот тип сканера менее жесткий, чем тот, который обычно используется для STM, но я решил попробовать и посмотреть, как далеко я смогу с ним продвинуться. Оказывается, мне удалось получить изображение высокоориентированного пиролитического графита (ВОПГ) с помощью моего СТМ с атомным разрешением! На изображении ниже показана структура гексагональной решетки графита.


Обзор техники

STM – это инструмент, позволяющий получать изображения поверхностей с атомарным разрешением. В СТМ острая металлическая игла помещается в пределах нескольких ангстрем от поверхности проводящего образца, и через зазор прикладывается небольшое напряжение смещения. Если зазор достаточно мал (<1 нм), электроны могут пересекать зазор посредством квантового туннелирования. Этот «туннельный ток» обычно находится в диапазоне pA - nA и может быть измерен с помощью трансимпедансного усилителя. Наконечник СТМ установлен на пьезоэлектрическом сканере, который способен совершать субангстремические движения во всех направлениях. Туннельный ток, измеренный трансимпедансным усилителем, подается в контур обратной связи, который регулирует напряжение, подаваемое на электрод оси Z пьезосканера, и поддерживает постоянный туннельный ток и, следовательно, постоянное расстояние между зондом и образцом. Оси X и Y сканера используются для растрового сканирования наконечника по образцу. Путем измерения напряжения по оси Z как функции положения сканирования создается изображение топографии образца. Если игла приближается к поверхности образца, туннельный ток увеличивается экспоненциально. Эта экспоненциальная зависимость - это то, что делает СТМ достаточно чувствительным, чтобы разрешать отдельные атомы даже в условиях окружающей среды. Если острие СТМ является атомарно острым (не так сложно, как вы могли подумать!), То почти весь туннельный ток будет проходить через единственный атом на острие, которое находится ближе всего к поверхности образца, что приведет к изображениям с атомарным разрешением.


Чтобы узнать больше об этом проекте, щелкните одну из ссылок ниже или в верхнем меню:

Leave a comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *