روش هاي شناسايي و آناليز مواد (6)

ميکروسکوپ روبشي تونلي (STM)
تعريف

ميکروسکوپ روبشي تونلي (STM) نوعي از ميکروسکوپ هاي الکتروني است که تصاوير 3 بعدي از نمونه ها ارائه مي دهد. در (STM) ساختار سطح مواد با استفاده از يک سوزن اسکن کننده سطح مطالعه مي شود. اين سوزن در فاصله ي معيني از سطح قرار مي گيرد.[15]

اهميت (STM) در بسياري از علوم

مطالعه ي سطح، يک قسمت مهم در علم فيزيک است. که از جمله کاربردهاي خاص (STM)، فيزيک نيمه رساناها و ميکروالکترونيک است. در شيمي، واکنش هاي سطح نقش عمده اي ايفا مي کند. مثلاً بررسي کاتاليزورها و..
در مهندسي مواد مطالعه ي سطوح نيز براي فرآيندهاي مهندسي سطح، شناسايي فازها و اجزاي کامپوزيتي ضروري مي باشد. بنابراين درهر جايي که نياز به يک تصوير از آرايش اتم ها در سطح يک ماده باشد اين تکنيک تصويربرداري مي تواند به ما کمک کند.[14]
در شکل 1 تصوير يک (STM)را مي بينيد.

ميکروسکوپ هاي روبشي تونلي (STM) چگونه کار مي کنند؟

روش ميکروسکوپيک روبشي-تونلي يک تکنيک ابداع شده در دهه ي 1980 است. اين وسيله تصاوير از سطح جامد بارز وليشن بالا تهيه مي کند. عملکرد ميکروسکوپ روبشي تونلي(STM) بر اساس جريان تونلي استوار است. در واقع جريان تونلي هنگامي شروع به جاري شدن مي کند که پويشگر (قسمت نوک تيز اسکن کننده) به سطح رسانايي نزديک شود و در فاصله ي يک نانومتري سطح واقع شود. پويشگر نيز بر روي قسمت پيزوالکتريک واقع شده است که حرکات بسيار کوچک را به ولتاژ تبديل مي کند. در شکل 2 شما تيک کلي از يک (STM) را مي بينيد. بدين وسيله سيستم (STM) مي تواند فاصله ي ميان نمونه وپويشگر را به گونه اي ثابت نگه دارد که جريان تونلي برقرار شود. بدين وسيله آناليز سطح جسم انجام مي شود. حرکات پويشگر ثبت مي شود و تصوير آن به صورت يک سطح توپوگرافيک نمايش داده مي شود. در يک حالت ايده آل، اتم هاي منحصر بفرد سطح مي تواند بررسي و نمايش داده شوند. اين بايد مورد توجه قرار گيرد که به هر حال، تصاوير (STM) نه تنها ساختار ژئومتري نمونه را نمايش مي دهد بلکه همچنين وابسته بودن دانستيه ي الکتروني نواحي نمونه به خوبي نشان داده مي شوند. که مکانيزم واکنش نمونه -پويشگر هنوز معلوم نشده است.
اگرچه (STM)، خودش براي کار کردن به خلأ نياز ندارد. (اين وسيله در هوا به خوبي زير مايع کار مي کند.) ولي خلأ فوق العاده بالا براي جلوگيري از واکنش نمونه و محيط (هوا)نياز است.[16]

اجزاي ميکروسکوپ روبشي تونلي (STM)

1)سيستم پويشگر نمونه
اين سيستم شامل يک قسمت نوک تيز (Tip) و يک تيوپ پيزوالکتريک است که کوچکترين حرکات مکانيکي قسمت نوک تيز به صورت انرژي الکتريکي تبديل مي شوند.
2)واحد کنترل فاصله و پويش
اين واحد شامل يک مپلي فايد است که با اندازه گيري جريان تونلي فاصله ي قسمت نوک تيز را کنترل مي کند و حرکات قسمت نوک تيز را ثبت مي کند.
3)واحد پردازش داده ها ونمايش آنها
اين قسمت شامل يک مانيتور و کامپيوتر است که وظيفه ي آن ايجاد تصاوير توپوگرافي از داده هاي ارسالي از بخش کنترل فاصله و پويش است.
6)سيستم خلأ
اين سيستم بايد خلأي بسيار خوب جهت جلوگيري از اکسيد شدن و کثيف شدن سطح نمونه ايجاد کند و البته اين سيستم کار مفيدي براي دستگاه انجام نمي دهد. و همانگونه که گفتيم اين دستگاه ، توانايي کار در محيط هوا را نيز دارند.

گسترش و تعميم ميکروسکوپ هاي روبشي تونلي

تکنيک هاي بسيار ديگر بر پايه ي (STM) ايجاد شده است اين تکنيک ها شامل:
1)ميکروسکوپ روبشي فوتوني (PSTM)
اين وسيله از يک پويشگر اپتيکي ساخته شده است.
2)ميکروسکوپ تونلي پتانسيل سنجي (STP)
اين وسيله پتانسيل الکتريکي را در سطح اندازه گيري مي کند.
3)ميکروسکوپ روبشي تونلي پلاريزاسيون اسپيني (SPSTM)
اين ميکروسکوپ از يک قسمت پويشگر فرو مغناطيسي تشکيل شده است. البته اين تکنيک (پلاريزاسيون اسپيني الکترون ها) براي نمونه هاي مغناطيسي کاربرد دارد.[15]
/خ