2.6 Mikroskopy

1
2.6 Mikroskopy
2
? elektronový mikroskop
poc. 30. let elektronový mikroskop (horsi
rozliseni nez opticke)
omezení optických mikroskopu . svetlo ? ? 0.5
?m
videt více!
elektron také vlna velká en. ? malá ? ? vidíme ? Å
SEM
TEM
? transmisní elektronový mikroskop
3

• Transmisní elektronový mikroskop (TEM)
• Vysoké energie elektronu 200 400 keV
• Sub-nanometrové rozlišení
• Nutnost prípravy tenkých vzorku 10 nm
• Vysoká porizovací cena (10 mil. Kc)

Moderní mikroskopy elektronová delo 300 keV
První ceskoslovenský TEM (1950)
4
nanotubes
TEM v materiálovém výzkumu studium defektu a
rozhraní mezi materiály Atomové rozlišení
5
? rádkovací elektronový mikroskop (SEM ..
scanning electron microscope)

• mladší bratr TEM
• nižší enerige 20-40 keV
• menší rozlišení (1 nm),
• odpadá nutnost prípravy tenkých vzorku
• široké využití v materiálovém výzkumu i biologii

rádkovací elektronový mikroskop, ucebna
fyzikálního praktika
6
zpetný odraz
charakteristické rtg
Augerovy e
SEM
sekundární e
TEM
7
Augerovy elektrony
Au na povrchu Si(111)
8
Charakteristické rtg ? složení vzorku
Intenzita
Energie (keV)
9
obrázky ze SEM (neomezená hloubka ostrosti x
optika)
cerná vdova (x 500)
toaletní papír ( x 500)
radiolara ( x 750)
inj. stríkacka (x 100)
kapicky Sn na povrchu GaAs
http//www.mos.org/sln/sem/sem.html
http//www.tescan.com/en/gallery
10
Scanning Probe Microscopes (SPM). Využití
atomových hrotu.
Základ všech technik a) ostrý hrot polomer od
1-20 nm, ideálne 1 atom na konci hrotu b)
piezoscanner
Binnig, Rohrer (1986 N.c.)
Gerd Binnig 1947
Heinrich Rohrer 1933
11
? STM (scanning tunneling microscope)
merím proud (kvantový tunelový jev) I e-d
vakuum
1965-71 Russell D. Young (Topografiner)
12
povrch Au
http//www.physics.purdue.edu/nanophys/stm.html
STM obrázek atomu Au na povrchu Cu(111) potaženém
NaCl dva ruzné nábojové stavy.
Gd na povrchu W, modré - místa adsorpce H
13
D.M. Eigler, E.K. Schweizer. Positioning single
atoms with a scanning tunneling microscope.
Nature 344, 524-526 (1990).
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)
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
14
Cu on Cu (111) SPECS Scientific Instruments, Inc.
15
? AFM (atomic force microscope)
Síly pusobící na AFM hrot Lennard Jonesuv
potenciál
Mikroskopie atomárních sil
16
promenné prohnutí ramena
Kontaktní AFM
konstantní prohnutí ramena
Tapping mode (nejcasteji používaná nekontaktní
metoda)
rezonancní frekvence ramena - v závisloti na
charakteru sil se mení frekvence feedback
udrzuje frekvenci konstantni. Vetsi trvanlivost
hrotu, mensi poskozeni vzorku.
17
presná detekce prohnutí
è

• laser detektor

pružná ramena
è
ostré hroty
è

• vysoké rozlišení detekce pozice hrotu
• piezoel. materiály

è
zpetná vazba
è
18
? MFM (magnetic force microscope)
F m.H m magnetický moment hrotu H
magnetické pole vzorku
DC AC
19
Wang et al., Nature 439, 303-306 (2006)
20
TEM
SEM
STM
AFM MFM
rozlišení
1 nm
10nm - 1?m
Å
Å

rychlé, mužeme pozorovat vetší objekty, casový
vývoj
pomalejší

-
vzorek v kapaline (AFM) - biologie

magnetický stav