Хонгилын микроскоп нь хатуу төлөвт системийн электрон бүтцийг судлах маш хүчирхэг хэрэгсэл юм. Түүний байр зүйн зургууд нь химийн тусгай гадаргуугийн шинжилгээний арга техникийг хэрэглэхэд тусалдаг бөгөөд энэ нь гадаргуугийн бүтцийн тодорхойлолтод хүргэдэг. Та энэ нийтлэлээс төхөөрөмж, функц, утгын талаар мэдэхээс гадна хонгилын микроскопын зургийг үзэх боломжтой.
Бүтээгчид
Ийм микроскопыг зохион бүтээхээс өмнө гадаргуугийн атомын бүтцийг судлах боломж нь голчлон рентген туяа, электрон, ион болон бусад бөөмсийн цацрагийг ашиглан дифракцийн аргаар хязгаарлагдаж байсан. Швейцарийн физикч Герд Бинниг, Генрих Рорер нар анхны хонгилын микроскопыг зохион бүтээснээр нээлт болов. Тэд анхны зургаар алтны гадаргууг сонгосон. Зургийг телевизийн дэлгэц дээр харуулахад тэд нарийн зохион байгуулалттай атомуудын эгнээ харж, нэг атомын өндөр шатаар тусгаарлагдсан өргөн дэнжийг ажиглав. Бинниг, Рорер наргадаргуугийн атомын бүтцийн шууд дүр төрхийг бий болгох энгийн аргыг нээсэн. Тэдний гайхалтай амжилтыг 1986 онд физикийн салбарын Нобелийн шагналаар үнэлэв.
Өмнөгч
Топографинер хэмээх ижил төстэй микроскопыг 1965-1971 оны хооронд Үндэсний стандартын товчоонд Рассел Янг болон түүний хамтрагчид зохион бүтээжээ. Энэ нь одоогоор Стандарт, технологийн үндэсний хүрээлэн юм. Энэхүү микроскоп нь зүүн ба баруун пьезо драйверууд дээжийн гадаргуугаас дээш, бага зэрэг дээш үзүүрийг сканнердах зарчмаар ажилладаг. Төвийн пьезо удирдлагатай серверийн хөтөч нь тогтмол хүчдэлийг хадгалахын тулд серверийн системээр хянагддаг. Үүний үр дүнд үзүүр ба гадаргуугийн хооронд байнгын босоо тусгаарлалт үүсдэг. Электрон үржүүлэгч нь дээжийн гадаргуу дээр тархаж буй туннелийн гүйдлийн өчүүхэн хэсгийг илрүүлдэг.
Схемийн харагдац
Туннель микроскопын угсралт нь дараах бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг агуулдаг:
- скан хийх зөвлөмж;
- үзүүрийг нэг координатаас нөгөөд шилжүүлэх хянагч;
- чичиргээ тусгаарлах систем;
- компьютер.
Ус нь ихэвчлэн вольфрам эсвэл цагаан алт-иридиумаар хийгдсэн байдаг ч алтыг бас ашигладаг. Компьютерийг зураг боловсруулах замаар дүрсийг сайжруулах, тоон хэмжилт хийхэд ашигладаг.
Энэ хэрхэн ажилладаг вэ
Хонгилын ажиллах зарчиммикроскоп бол нэлээд төвөгтэй. Үзүүрийн дээд хэсэгт байрлах электронууд нь металлын доторх мужид боломжит саадаар хязгаарлагдахгүй. Тэд метал доторх хөдөлгөөн шиг саадыг даван туулдаг. Чөлөөт хөдөлгөөнт бөөмсийн хуурмаг байдал үүсдэг. Бодит байдал дээр электронууд атомаас атом руу шилжиж, хоёр атомын талбайн хоорондох боломжит саадыг дайран өнгөрдөг. Саад руу ойртох бүрт хонгилын магадлал 10:4 байна. Электронууд түүнийг секундэд 1013 хурдтайгаар дайрдаг. Энэ өндөр дамжуулах хурд нь хөдөлгөөн ихээхэн бөгөөд тасралтгүй байна гэсэн үг.
Металлын үзүүрийг гадаргуу дээгүүр маш бага зайд хөдөлгөж, атомын үүлсийг давхцуулж атомын солилцоо явагдана. Энэ нь үзүүр ба гадаргуугийн хооронд бага хэмжээний цахилгаан гүйдэл үүсгэдэг. Үүнийг хэмжиж болно. Эдгээр байнгын өөрчлөлтүүдээр дамжуулан хонгилын микроскоп нь гадаргуугийн бүтэц, топографийн талаархи мэдээллийг өгдөг. Үүний үндсэн дээр атомын масштаб дээр гурван хэмжээст загвар бүтээгдсэн бөгөөд энэ нь дээжийн дүрсийг өгдөг.
Туннель хийх
Үзүүр нь дээж рүү ойртох үед түүний гадаргуу ба гадаргуугийн хоорондох зай нь торны зэргэлдээ атомуудын хоорондох зайтай харьцуулахуйц утга хүртэл буурдаг. Хонгилын электрон нь тэдэн рүү эсвэл датчикийн үзүүр дэх атом руу шилжиж болно. Сорьц дахь гүйдэл нь дээжийн гадаргуу дээрх электрон нягтыг хэмждэг бөгөөд энэ мэдээллийг зураг дээр харуулав. Атомын үечилсэн массив нь алт, цагаан алт, мөнгө, никель, зэс зэрэг материал дээр тодорхой харагддаг. вакуумХүрээлэн буй орчин нь вакуум биш, хий юмуу шингэний молекулаар дүүрсэн ч электронуудын үзүүрээс дээж рүү туннел үүсэх боломжтой.
Хамгийн өндөр үүсэх
Орон нутгийн саад тотгорын өндөр спектроскопи нь бичил харуурын гадаргуугийн ажлын функцийн орон зайн тархалтын талаарх мэдээллийг өгдөг. Зургийг хуваах завсар болгон хувиргах байдлыг харгалзан хонгилын гүйдлийн логарифмын өөрчлөлтийг цэгээр хэмжих замаар олж авна. Саадын өндрийг хэмжихдээ датчик ба дээжийн хоорондох зайг нэмэлт хувьсах гүйдлийн хүчдэл ашиглан синусоидоор модуляцлана. Модуляцийн хугацааг хонгилын микроскоп дахь санал хүсэлтийн давталтын хугацааны тогтмолоос хамаагүй богино байхаар сонгосон.
Утга
Энэ төрлийн сканнерийн мэдрэгч бүхий микроскоп нь нанометрийн хэмжээтэй (үзэгдэх гэрлийн долгионы уртаас 400-800 нм-ээс бага) биетүүдийг удирдах ёстой нано технологийг хөгжүүлэх боломжийг олгосон. Хонгилын микроскоп нь бүрхүүлийн квантыг хэмжих замаар квант механикийг тодорхой харуулдаг. Өнөөдөр атомын хүчний микроскоп ашиглан аморф талст бус материалыг ажиглаж байна.
Цахиурын жишээ
Цахиур гадаргууг бусад ямар ч материалаас илүү өргөнөөр судалсан. Тэдгээрийг вакуумд халаах замаар ийм температурт халааж бэлтгэсэн бөгөөд ингэснээр атомуудыг өдөөгдсөн процессоор сэргээсэн. Сэргээн босголтыг маш нарийн судалсан. Гадаргуу дээр үүссэн нарийн төвөгтэй хэв маягийг Такаянаги 7 x 7 гэж нэрлэдэг. Атомууд хос болж,эсвэл судалж буй цахиурын бүхэлд нь сунасан эгнээнд багтах димерүүд.
Судалгаа
Хонгилын микроскопын ажиллах зарчмын судалгаа нь вакуумтай адилаар хүрээлэн буй агаар мандалд ажиллах боломжтой гэсэн дүгнэлтэд хүргэсэн. Үүнийг цахилгаан химийн салбарт ашигладаг агаар, ус, тусгаарлагч шингэн, ионы уусмалд ажиллуулсан. Энэ нь өндөр вакуум төхөөрөмжөөс хамаагүй илүү тохиромжтой.
Хонгилын микроскопыг хасах 269 °C хүртэл хөргөж, нэмэх 700 °C хүртэл халааж болно. Бага температурыг хэт дамжуулагч материалын шинж чанарыг судлахад, өндөр температурыг металлын гадаргуугаар атомын хурдацтай тархах, зэврэлтийг судлахад ашигладаг.
Хонгилын микроскопыг голчлон дүрслэлд ашигладаг боловч өөр олон хэрэглээг судалсан байдаг. Сорьцын гадаргуугийн дагуу атомуудыг хөдөлгөхийн тулд датчик болон дээжийн хоорондох хүчтэй цахилгаан орон зайг ашигласан. Янз бүрийн хий дэх хонгилын микроскопын нөлөөг судалсан. Нэг судалгаагаар хүчдэл дөрвөн вольт байсан. Үзүүр дээрх талбар нь атомуудыг үзүүрээс нь салгаж, субстрат дээр байрлуулахад хангалттай хүчтэй байв. Энэхүү процедурыг алтны датчик ашиглан тус бүр нь хэдэн зуун алтны атом бүхий субстрат дээр жижиг алтан арлууд бий болгосон. Судалгааны явцад эрлийз хонгилын микроскоп зохион бүтээжээ. Анхны төхөөрөмжийг бипотенциостаттай нэгтгэсэн.
