Transmisní elektronový mikroskop

elektronový mikroskop
omezení optických mikroskopů
…. světlo: λ ≈ 0.5 μm
poč. 30. let: elektronový mikroskop
(horsi rozliseni nez opticke)
vidět více!
elektron také vlna
velká en. → malá λ → vidíme ≈ Å
dopadající e
SEM
transmisní elektronový mikroskop
interakční objem
TEM
(ne)pružnĕ rozptýlené e
prošlé e
Transmisní elektronový mikroskop (TEM)
•Vysoké energie elektronů ~200 – 400 keV
•Sub-nanometrové rozlišení
•Nutnost přípravy tenkých vzorků ~10 nm
•Vysoká pořizovací cena (~10 mil. Kč)
Moderní mikroskopy
elektronová dělo 300 keV
První československý TEM (1950)
nanotubes
TEM v materiálovém výzkumu
– studium defektů a rozhraní
mezi materiály
Atomové rozlišení
řádkovací elektronový mikroskop
(SEM .. scanning electron microscope)
• mladší bratr TEM
• nižší enerige 20-40 keV
• menší rozlišení (1 nm),
• odpadá nutnost přípravy tenkých vzorků
• široké využití v materiálovém výzkumu i
biologii
řádkovací elektronový mikroskop, učebna fyzikálního praktika
dopadající e
zpětný odraz
charakteristické rtg
Augerovy e
SEM
sekundární e
TEM
interakční objem
(ne)pružnĕ rozptýlené e
prošlé e
slitina Cu-Nb-Fe
Augerovy elektrony
Au na povrchu Si(111)
Intenzita
Charakteristické rtg → složení vzorku
Energie (keV)
obrázky ze SEM (neomezená hloubka ostrosti x optika)
černá vdova (x 500)
inj. stříkačka (x 100)
toaletní papír ( x 500)
radiolara ( x 750)
http://www.mos.org/sln/sem/sem.html
kapičky Sn na povrchu GaAs
http://www.tescan.com/en/gallery
Scanning Probe Microscopes (SPM). Využití atomových hrotů.
Základ všech technik:
a) ostrý hrot – poloměr od 1-20 nm, ideálně 1 atom na konci hrotu
b) piezoscanner –
využití piezoelektrického jevu:
napětí na piezoel. materiálu
mřížová konstanta
(měním délku)
Binnig, Rohrer (1986 N.c.)
Gerd Binnig
* 1947
Heinrich Rohrer
* 1933
STM (scanning tunneling microscope)
měřím proud
(kvantový tunelový jev)
U
I ~ e-d
vakuum
1965-71 Russell D. Young
(Topografiner)
PC
I
+
-
povrch Au
http://www.physics.purdue.edu/nanophys/stm.html
Gd na povrchu W,
modré - místa adsorpce H
STM obrázek atomu Au na povrchu
Cu(111) potaženém NaCl – dva
různé nábojové stavy.
D.M. Eigler, E.K. Schweizer.
Positioning single atoms with a scanning tunneling microscope.
Nature 344, 524-526 (1990).
STM rounds up electron waves at the QM corral.
Physics Today 46 (11), 17-19 (1993).
http://www.almaden.ibm.com/vis/stm/gallery.html
M.F. Crommie, C.P. Lutz, D.M. Eigler, E.J. Heller.
Waves on a metal surface and quantum corrals.
Surface Review and Letters 2 (1), 127-137 (1995).
(atomy Fe na povrchu (111) Cu)
Cu on Cu (111)
SPECS Scientific Instruments, Inc.
9K
12 K
AFM (atomic force microscope)
Mikroskopie atomárních sil
Síly působící na AFM hrot
Lennard Jonesův potenciál
Kontaktní AFM proměnné prohnutí ramena
konstantní prohnutí ramena
Tapping mode
(nejčastěji používaná nekontaktní metoda)
rezonanční frekvence ramena - v závisloti na charakteru sil se mění frekvence –
feedback udrzuje frekvenci konstantni.
Vetsi trvanlivost hrotu, mensi poskozeni vzorku.
měřítko:
10-10
10-2m
10-6 x 108 102 m
104 m
10-4
x 104
přesná detekce prohnutí
-
laser + detektor
pružná ramena
f=
1 k
2π m
ostré hroty
~ 50nm - nm
vysoké rozlišení detekce pozice hrotu
-piezoel. materiály
zpětná vazba
MFM (magnetic force microscope)
F ~ m.H
m: magnetický moment
hrotu
H: magnetické pole vzorku
DC
AC
AFM
20μm x 20 μm
MFM
rozdílné sondy → různé pohledy na tentýž objekt !!
Wang et al., Nature 439, 303-306 (2006)
TEM
rozlišení
~ 1 nm
SEM
~ 10nm - 1μm
rychlé, můžeme pozorovat
větší objekty, časový vývoj
STM
~Å
AFM MFM
~Å
pomalejší
vzorek v kapalině
(AFM) - biologie
magnetický stav
rozdílné sondy → různé pohledy na tentýž objekt !!
krystaly lysozomu
difrakce (LEED, synchrotron, ....)
rozlišení > 0.1 Å