Kính hiển vi đường hầm

19

microcoppe đường hầm

Năm 1986, giải Nobel Vật lý được trao cho các nhà vật lý người Thụy Sĩ G. Binnick và G. Rohrer, những người phát minh ra microcoppe đường hầm quét - thiết bị được thảo luận trong bài viết này.

Một trong những hiệu ứng “hiệu quả” nhất của cơ học lượng tử là hiệu ứng đường hầm. Đặc biệt, nó nằm ở chỗ các electron có thể “rò rỉ” từ dây dẫn này sang dây dẫn khác, ngăn cách với dây dẫn đầu tiên bằng một lớp điện môi hoặc chân không mỏng.*) Hiện tượng này có nguồn gốc từ tính chất sóng của các electron,

Hình ảnh mỏ vonfram đang được sử dụng trong máy đào đường hầm siêu nhỏ. SIM được làm từ màn hình của một vi đồng điện tử; tỷ lệ phần bên trái của hình ảnh là 400 nm, phần bên phải là 40 µm.

*) Trong trường hợp tổng quát, hiệu ứng đường hầm bao gồm việc một hạt đi qua hàng rào thế khi năng lượng của nó nhỏ hơn chiều cao của hàng rào. Đây là một hiện tượng có bản chất lượng tử cơ bản, không thể xảy ra trong cơ học cổ điển.

nhờ đó một electron có thể được phát hiện với một xác suất nhất định bên ngoài dây dẫn.

Hiệu ứng đường hầm nổi tiếng đã hữu ích hơn cho vòng đời của nhiều thiết bị và thiết bị hữu ích. Một trong số chúng - diode đường hầm - đã trở thành một phần tử vô tuyến phổ biến. Và giờ đây, hiệu ứng đường hầm tạo thành cơ sở cho một loại microcoppa mới, loại này sẽ bước vào thế giới có kích thước bằng một phần đường kính của nguyên tử. (Hãy nhớ lại rằng đường kính của nguyên tử vào cỡ một angstrom: 1A=10⁻¹⁰ m.) Microcoppe đường hầm có độ phóng đại không đổi vượt quá 100 triệu và cho phép bạn nghiên cứu chi tiết cấu trúc nguyên tử của bề mặt của vật thể rắn.

Cho đến gần đây, máy thu dây là một chiếc microcoppe điện tử có độ phóng đại lên tới 1 triệu. Trong đó, không giống như một vi đồng quang học thông thường, vai trò của chùm ánh sáng được thực hiện bởi một dòng điện tử được điều khiển bởi quang học điện tử - một chất tương tự của hệ thống đường quang. Trong microcoppa đường hầm, bạn sẽ không tìm thấy các yếu tố truyền thống cho microcoppa. Nó chứa đựng những mâu thuẫn có mục đích tương tự như đường nét, và nó hoạt động không theo nguyên tắc “nhìn thấy” mà theo nguyên tắc “cảm nhận”.

Độ nhạy của các nguyên tố, theo nghĩa đen là “mò mẫm” bề mặt, là sự vắng mặt của vonfram mỏng nhất, cột mỏng nên cuối cùng chỉ còn vài nguyên tử. Sử dụng cơ chế có độ chính xác cao, đầu nhọn được đưa vuông góc với bề mặt đang nghiên cứu cho đến khi các electron chui hầm đáng chú ý (10⁻⁹ A) xuất hiện qua khe hở đầu-bề mặt. Sau đó, cái gọi là peso-green bắt đầu công việc của chúng - những tấm làm bằng gốm sứ đặc biệt có thể thay đổi chiều dài khi có điện trường tác dụng.*)

*) Hoạt động của một đồng peso như vậy dựa trên hiệu ứng ngược của đồng peso - sự xuất hiện các biến dạng cơ học trong tinh thể rắn dưới tác động của điện trường.

Hệ thống cơ điện của cell nhựa tự động duy trì khoảng cách từ đầu đến bề mặt không đổi và bằng 10 Å. Sự thay đổi khoảng cách một lượng nhỏ sẽ làm cho dòng điện trong đường hầm lệch khỏi giá trị cài đặt và mạch phản hồi điện tử cung cấp tín hiệu điện đến tế bào nhựa, làm di chuyển các bề mặt tương đối sắc nét của dòng điện trong đường hầm đến gần hoặc ra xa giá trị cài đặt, sao cho dòng điện trong đường hầm và do đó khoảng cách của các bề mặt sắc nét không thay đổi. Hoạt động hiệu quả của hệ thống tự động hóa đảm bảo rằng dòng điện trong đường hầm thay đổi rất mạnh theo kích thước của khe hở. Do đó, việc thay đổi khe hở bề mặt đầu thêm 2 Å sẽ làm tăng dòng điện xuyên hầm lên 1000 lần.

Bằng cách áp dụng tín hiệu điện tới các phần tử khác của hệ thống, các phần tử sắc nét sẽ di chuyển dọc theo hai tọa độ trong mặt phẳng bề mặt. Bằng cách này, bề mặt được “quét” một cách tuần tự, hoặc như

Hình ảnh nổi nguyên tử của một phần bề mặt silicon. Chiều cao rốn 1,3 A tương ứng với “bề mặt” của từng nguyên tử.

họ nói nó được quét (từ bản quét tiếng Anh - cánh đồng hạt). Vì vậy, microcoppe đường hầm còn được gọi là microcoppe quét.

Do hoạt động của toàn bộ hệ thống, các đặc tính sắc nét với độ chính xác cao 0,01 A được áp dụng cho bề mặt đang được nghiên cứu. Thông tin về địa hình của bề mặt tại các điểm khác nhau của nó được ghi vào bộ nhớ máy tính và sau khi xử lý, bao gồm lọc, tức là thiết bị tạo nhiễu và tín hiệu giả, được hiển thị trên màn hình máy tính dưới dạng “bản đồ địa hình” của bề mặt.

(Cuối cùng xem trang 52)