Taşındım! Yeni adresim: http://nanoturkiye.net

2 Nisan 2008 Çarşamba

NANO 101 - Taramalı Tünelleme Mikroskopu

G.Binnig ve H.Rohrer tarafından 1981'de bulundu. Bu buluşlarından dolayı 1986 Nobel Fizik Ödülünü kazandılar.

Bu mikroskop genellikle bir yüzeyin karakteristiği öğrenmek istenildiğinde kullanılır. Yanal çözünürlüğü 0.1 nm, derinlik çözünürlüğü 0.01 nm olan TTM'ler iyi çözünürlüklü sayılırlar.

İngilizcesi: Scanning Tunneling Microscope'dur.




















TTM'nin şeması


Önemli Kavramları Tanıyalım:
1- Piezoelektronik Tarayıcı (Elektrotlu piezoelektronik tüp):
Önce piezoelektrik etkinin tanımını yapsak daha hoş olur diye düşünüyorum: cismin uçlarına stres uygulandığı zaman, elektrik yükleri oluşuyorsa; ya da cisim elektrik alanına sokulduğu zaman, cisim üzerinde bir stres oluşturulabiliyorsa bu cisim piezoelektroniktir. Uygulanan voltaja göre uzayıp, kısalabilir. Bu tüp ile yüzey taranır.

2-Mesafe koruma ve tarama birimi:
Bu geribildirim mekanizması ile sivri ucun sübstratla arasındaki mesafenin değişmemesi sağlanır. Uç mesafeyi korumak için yukarı çıkarsa, bu bilgi sayesinde bölgede bir tümseklik olduğunu anlarız. Benzer şekilde, uç aşağı inerse - çukur, sabit kalırsa - düz bir yer olduğunu anlarız. Topografik görüntü sivri ucun hareketi sonucu bilgisayarda görülür.

3- Tünelleme akımı:
Kuantum mekaniğinde tünelleme diye bir kavram var. Bunu basitçe şöyle anlatabiliriz: Normalde bir parçacık potansiyeli yüksek bir engeli aşamaz (mesela top duvarın içinden geçemez), ama kuantum fiziğinde bu mümkün. İşte bu geçebilme özelliği tünelleme olarak adlandırılıyor.

İki iletken biribirinin çok yakınına konulursa, aralarında bir akım geçişi olur. Yani sivri uç ve yüzey arasında bir akım geçişini bu özellik sayesinde görüyoruz.

4- Sivri Uç
Genellikle volfram ya da platinyum-iridyum kullanılır. Karbon nanotüpler kullanılmaya başlanmıştır.


















Volframdan yapılmış bir sivri uç.




5- Bilgisayar
Elde edilen görüntüye buradan ulaşılır.


Çalışma Prensibi
Sivri bir tünelleme etkisinin gözlemlendiği mesafeye kadar indirilir. Tünelleme sağlanınca, sivri uçla yüzey taranır. Ucun yüzeye olan uzaklığının, konuma göre fonksiyonu çizilirse topografik bir görüntü elde edilir. Uç ile yüzey arası mesafe, aralarına voltaj uygulandığı zaman oluşan elektrik tünelleme akımı sayesinde ölçülür.




2 çeşit anlayış vardır: sabit akım, sabit yükseklik.

Sabit akımda uç ile yüzey arası mesafe sabittir. Bu ise geribildirim sistemi sayesinde sağlanır.
Sabit yükseklikte ise geribildirim mekanizması yoktur. Sivri uç ilk başta belirlenen yükseklikte bütün yüzeyi tarar ve tünelleme akımını ölçer. Akımdaki değişime göre yüzeyin topografik görüntüsü çıkarılır. Akım azalırsa, demek ki uç ile yüzey arası mesafe artmıştır, o zaman yüzeyin bu kısmı çukurdur. Benzer şekilde, akımın arttığı yerde yükseklik vardır.

Sabit yükseklikte, sivri uç yüksek bir bölgeye geldiği zaman, yüzeyi zedeleyebilir. Fakat, sabit yükseklikte elde edilen görüntülerin çözünürlüğü yüksektir ve daha hızlıdır. O yüzden, yüzey başta sabit akım modunda tarandıktan sonra bir de sabit mesafe modunda taranırsa daha güzel görüntüler elde edilebilir. Başta sabit akımla taramamızın nedeni, sivri ucun yüzeye zarar vermesini engellemek. Sabit akımla taradıktan sonra, uç ile yüzey arasındaki mesafeyi, yüzeye zarar vermeyecek şekilde ayarlayabiliriz.

İki mod arası farkı resimden de görebilirsiniz.


Uygulama Alanları
Yüzeydeki atomların yerlerini değiştirmek.
Bir bölgenin elektronik durumu hakkında bilgi toplanır.
Metal yüzeylerin 3 boyutlu görüntülerini oluşturmak.
Yüzey pürüzsüzlüğünü ölçmek.
Yüzeydeki bozuklukları bulmak.


Kısıtlamaları
Sadece iletken yüzeylerde kullanılabilir, çünkü ölçüm akım varlığında oluyor.
Taranan yüzey çok temiz olmalıdır.
Sivri uç, olabildiğince sivri olmalıdır.
Tarama yapıldığı için yavaş bir süreçtir.
Elde edilebilecek maksimum görüntü büyüklüğü küçüktür.


Değişik tarama tünelleme resimlerine buradan ulaşabilirsiniz.

Kaynak: 1 , 2


Yazımı beğendiyseniz, RSS beslememe üye olabilirsiniz.

 

Yukarı