Prezentacja programu PowerPoint

1
SKANINGOWA MIKROSKOPIA Z ROZDZIELCZOSCIA ATOMOWA
STMScanning Tunneling MicroscopySkaningowa
mikroskopia tunelowa
AFMAtomic Force MicroscopyMikroskopia sily
atomowej
MFMMagnetic Force MicroscopyMikroskopia sily
magnetycznej
2
SKANINGOWY MIKROSKOP TUNELOWY 1978-1982
Powierzchnia grafitu otrzymana przy uzyciu
skaningowego mikroskopu tunelowego
Gerd Binnig
Heinrich Rohrer
3
TUNELOWANIE (1)
Obiekty mikroswiata zachowuja sie inaczej niz
obiekty klasyczne
Elektron moze przejsc przez sciane mimo, ze jego
energia, z pozoru, na to nie pozwala
4
TUNELOWANIE (1)
Obiekty mikroswiata zachowuja sie inaczej niz
obiekty klasyczne
Elektron moze przejsc przez sciane mimo, ze jego
energia, z pozoru, na to nie pozwala
5
TUNELOWANIE (2)
V0
Swobodny elektron o energii E pada z lewej strony
na bariere potencjalu o wysokosci V
Zmiana szerokosci d bariery moze bardzo silnie
zmienic natezenie pradu tunelujacych elektronów
Prad tunelowania / nA
tunelowanie
Szerokosc bariery / nm
rozpad
6
TUNELOWANIE (3)
Tunelowanie moze zachodzic miedzy ostrzem a
powierzchnia próbki
VT - napiecie tunelowania (ok. 0.5 V) d -
odleglosc ostrze - próbka (ok. 1 nm) W - praca
wyjscia elektronu (ok. 5 eV) A 10.25 eV -1/2
nm-1
Zmiana odleglosci próbka-ostrze moze bardzo
silnie zmienic natezenie pradu tunelujacych
elektronów
Prad tunelowania / nA
Odleglosc próbka ostrze / nm
7
MIKROSKOP TUNELOWY ZASADA DZIALANIA
8
OSTRZE MIKROSKOPU TUNELOWEGO
Uzyskanie ostrza
Promien krzywizny ostrza ok.1 nm
90 pradu tunelowego zawiera sie w obszarze 1
atomu
9
SKANER PIEZOELEKTRYCZNY
Zasada dzialania piezoelektryka
Element piezoelektryczny pozwala na ruch ostrza w
trzech kierunkach
10
SKANINGOWY MIKROSKOP TUNELOWY
napiecia sterujace piezoelektrykiem
element piezoelektryczny sterowanie odlegloscia
od próbkii skanowaniem
wzmacniacz pradu tunelowego
system kontroli odleglosci i skanowania
opracowanie danych i wyswietlanie wyniku
Próbka
napiecie tunelowe
mikroskop
11
PRZETWARZANIE OBRAZU STM
12
OBRAZY Z MIKROSKOPU TUNELOWEGO
Cu
13
OBRAZ POWIERZCHNI MONOKRYSZTALU NIKLU
14
MANIPULOWANIE ATOMAMI
Przeplyw pradu tunelowego oznacza istnienie
oddzialywania miedzy próbka, a ostrzem. Takie
oddzialywanie moze byc zarówno przyciagajace, jak
i odpychajace.
15
OBRAZY Z MIKROSKOPU TUNELOWEGO
Zelazo na Cu (111)
Zelazo na Cu (111) Rózne stadia przygotowania
zagrody
16
OBRAZY Z MIKROSKOPU TUNELOWEGO
Sztuka manipulowania atomami, patrz
http//www.almaden.ibm.com/vis/stm/
17
OBRAZY Z MIKROSKOPU TUNELOWEGOzastosowania w
biologii
Obraz (236nm x 192 nm) nici DNA poddanych
liofilizacji i pokrytych przewodzaca warstwa
Pt-Ir-C.
18
MIKROSKOP SIL ATOMOWYCH AFM
Ostrze jest umocowane na swobodnym koncu dzwigni
o dlugosci 100-200mm. Detektor mierzy ugiecie
dzwigni podczas, skanowania próbki lub gdy próbka
jest przesuwana pod ostrzem.
idea 1986 Mozliwosc obserwacji powierzchni w
powietrzu i pod ciecza Rozdzielczosc 0.01 nm
19
SILY MIEDZY ATOMAMI
Mod kontaktowy
20
TRYBY PRACY AFM
Tryb kontaktowy

• duza rozdzielczosc obrazów
• duze sily adhezyjne spowodowane obecnoscia
  zanieczyszczen powierzchni
• mozliwosc uszkodzenia próbki lub ostrza

• Tryb bezkontaktowy
• mniejsza rozdzielczosc obrazów

Tryb z przerywanym kontaktem (tapping mode)

• mozliwosc skanowania miekkich powierzchni (brak
  zniszczen skanowanej powierzchni)
• dobra zdolnosc rozdzielcza

21
OBRAZY Z MIKROSKOPU AFM
Obraz DNA otrzymany w trybie Tapping Mode.
Odleglosc miedzy poszczególnymi helisami DNA
wynosi okolo 4 nm.
22
MIKROSKOP SIL MAGNETYCZNYCH MFM
Kontrast wynika ze zmiany pól rozproszonych
wywolanych niejednorodnosciami namagnesowania
23
OBRAZY Z MIKROSKOPU MFM BITY NA NOSNIKU
MAGNETYCZNYM
Zapis bitów na nosniku magneto optycznym TbFeCo
Dysk twardy
24
MAGNETYCZNY REZONANS JADROWY NMR
L

• Jak to dziala

dL
Wirujacy z bardzo duza predkoscia katowa ? bak
symetryczny precesuje moment pedu L obraca sie
wokól kierunku równoleglego do dzialajacej sily,
czyli do osi precesji. Czestosc precesji zalezy
od sily ciezkosci G
rsm
?
N
R
G
25
MAGNETYCZNY REZONANS JADROWY NMR (2)
Tylko niektóre katy ustawienia L w stosunku do B
(a wiec tez czestosci precesji) sa mozliwe
(mechanika kwantowa).
B
Czym wiekszy kat, tym wieksza energia jadra w
polu B
Kat (a wiec energie) precesji mozna zmienic przy
pomocy zmiennego pola magnetycznego (zewnetrznego
promieniowania)
26
MAGNETYCZNY REZONANS JADROWY NMR (2)
Tylko niektóre katy ustawienia L w stosunku do B
(a wiec tez czestosci precesji) sa mozliwe
(mechanika kwantowa).
L
B
Czym wiekszy kat, tym wieksza energia jadra w
polu B
?2
Kat (a wiec energie) precesji mozna zmienic przy
pomocy zmiennego pola magnetycznego (zewnetrznego
promieniowania)
zaabsorbowana energia
czestosc zmiennego pola B
27
MAGNETYCZNY REZONANS JADROWY NMR (2)
Tylko niektóre katy ustawienia L w stosunku do B
(a wiec tez czestosci precesji) sa mozliwe
(mechanika kwantowa).
L
B
Czym wiekszy kat, tym wieksza energia jadra w
polu B
?2
Kat (a wiec energie) precesji mozna zmienic przy
pomocy zmiennego pola magnetycznego (zewnetrznego
promieniowania)
zaabsorbowana energia
czestosc zmiennego pola B
28
MAGNETYCZNY REZONANS JADROWY
Jadro ma moment magnetyczny. Jesli nie jest on
równolegly do zewnetrznego pola B, to jadro ma
zwiekszona energie...
29
SPEKTROSKOPIA NMR
Jadra o spinie ½ maja tylko 2 mozliwe ustawienia
wzgledem pola magnetycznego równolegle i
antyrównolegle. Obsadzenie tych stanów jest
prawie równe. Np. dla wodoru w temperaturze 25
st.C jak 10 000 0009 999 932. Zewnetrzne pole
magnetyczne jest modyfikowane przez najblizsze
otoczenie elektronowe a) atomu danego jadra, b)
atomów sasiednich. Powoduje to zmiany czestosci
rezonansowej. Jest to tzw. przesuniecie
chemiczne. Tak samo magnetyzm sasiednich jader
zmienia rezonans. Jest to tzw. sprzezenie
spin-spin. Oba efekty mozliwiaja zbadanie skladu
chemicznego i struktury chemicznej danego ciala.
30
OBRAZOWANIE NMR

• Jezeli zewnetrzne pole magnetyczne jest
  niejednorodne (istnieje gradient pola), to
  czestosc rezonansowa bedzie zalezala od
  wspólrzednej polozenia jadra w próbce. Obserwujac
  natezenie sygnalu w zaleznosci od glebokosci
  mozna uzyskac przestrzenny rozklad atomów danego
  pierwiastka.
• Stosujac gradient kolejno w kierunkach osi x, y i
  z otrzymuje sie pelny, 3-wymiarowy obraz badanego
  ciala.

Linie pola magnetycznego Indukcja pola
magnetycznego w polozeniach x1 oraz x2 jest
rózna.
Badana próbka
31
NMR W BADANIU WIAZAN CHEMICZNYCH
Jadra atomowe równiez w zwiazku maja momenty
magnetyczne. Bez pola B te momenty ustawione sa
chaotycznie...
...a w obecnosci pola B precesuja wokól kierunku
pola z czestoscia zalezna od pola i momentu
magnetycznego (zaleznych od otoczenia, a wiec
sposobu wiazania)
Zmiana ustawienia momentu (a wiec pomiar
czestosci precesji) polem mozliwa jest tylko
wówczas gdy zmienne pole magnetyczne bedzie mialo
czestosc równa czestosci precesji
precesja
chaos
NMR umozliwia badanie wiazan chemicznych i
polozen najblizszych atomów w stosunku do atomów
wodoru
32
NMR W MEDYCYNIE
Pomiarowi podlega ilosc zaabsorbowanej energii
(informacja o gestosci protonów) wielkosc
energii E (informacja o czestosci precesji, a
wiec o polu B otoczenia) czas relaksacji ?
(dodatkowa informacja o otoczeniu)
Wartosci ? i gestosc protonów róznych tkanek sa
rózne, a zmiany chorobowe równiez na nie
wplywaja. Dzieki temu mierzac absorpcje oraz
czasy relaksacji dostajemy informacje o stanie
tkanek i narzadów organizmu
Tomografia rezonansu magnetycznego (F. Bloch, E.
M. Purcell 1946 - nagroda Nobla 1952, P.
Lauterbur 1973)

• rezonans w wybranej warstwie
• Czas namagnesowywania zalezy od rodzaju tkanki
• Badanie nieszkodliwe

33
NMR W MEDYCYNIE

• Jadra wodoru w H2Omagnesiki
• Magnesiki ustawiajac sie w polu magnetycznym
  wiruja i emituja fale radiowe

34
NMR W MEDYCYNIE
Promienie rentgena
NMR