2.6 Mikroskopy

 elektronový mikroskop poč. 30. let: elektronový mikroskop (horsi rozliseni nez opticke) omezení optických mikroskopů …. světlo:   0.5 m vidět více! elektron také vlna velká en.  malá   vidíme  Å dopadající e interakční objem SEM TEM prošlé e (ne)pružnĕ rozptýlené e  transmisní elektronový mikroskop

Transmisní elektronový mikroskop (TEM) Vysoké energie elektronů ~200 – 400 keV Sub-nanometrové rozlišení Nutnost přípravy tenkých vzorků ~10 nm Vysoká pořizovací cena (~10 mil. Kč) Moderní mikroskopy elektronová dělo 300 keV První československý TEM (1950)

nanotubes TEM v materiálovém výzkumu – studium defektů a rozhraní mezi materiály Atomové rozlišení

 řádkovací elektronový mikroskop (SEM .. scanning electron microscope) mladší bratr TEM nižší enerige 20-40 keV menší rozlišení (1 nm), odpadá nutnost přípravy tenkých vzorků široké využití v materiálovém výzkumu i biologii řádkovací elektronový mikroskop, učebna fyzikálního praktika

SEM TEM slitina Cu-Nb-Fe dopadající e zpětný odraz interakční objem zpětný odraz charakteristické rtg Augerovy e SEM sekundární e TEM prošlé e (ne)pružnĕ rozptýlené e slitina Cu-Nb-Fe

Augerovy elektrony Au na povrchu Si(111)

Charakteristické rtg  složení vzorku Intenzita Energie (keV)

obrázky ze SEM (neomezená hloubka ostrosti x optika) černá vdova (x 500) toaletní papír ( x 500) radiolara ( x 750) inj. stříkačka (x 100) kapičky Sn na povrchu GaAs http://www.mos.org/sln/sem/sem.html http://www.tescan.com/en/gallery

a) ostrý hrot – poloměr od 1-20 nm, ideálně 1 atom na konci hrotu Scanning Probe Microscopes (SPM). Využití atomových hrotů. Základ všech technik: a) ostrý hrot – poloměr od 1-20 nm, ideálně 1 atom na konci hrotu b) piezoscanner – využití piezoelektrického jevu: napětí na piezoel. materiálu mřížová konstanta (měním délku) Binnig, Rohrer (1986 N.c.) Gerd Binnig * 1947 Heinrich Rohrer * 1933

I ~ e-d  STM (scanning tunneling microscope) měřím proud (kvantový tunelový jev) I ~ e-d U vakuum 1965-71 Russell D. Young (Topografiner) + - I PC

modré - místa adsorpce H povrch Au http://www.physics.purdue.edu/nanophys/stm.html STM obrázek atomu Au na povrchu Cu(111) potaženém NaCl – dva různé nábojové stavy. Gd na povrchu W, modré - místa adsorpce H

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

Cu on Cu (111) SPECS Scientific Instruments, Inc. 9 K 12 K

 AFM (atomic force microscope) Síly působící na AFM hrot Lennard Jonesův potenciál Mikroskopie atomárních sil

proměnné prohnutí ramena konstantní prohnutí ramena Kontaktní AFM proměnné prohnutí ramena konstantní prohnutí ramena Tapping mode (nejčastěji používaná nekontaktní metoda) rezonanční frekvence ramena - v závisloti na charakteru sil se mění frekvence – feedback udrzuje frekvenci konstantni. Vetsi trvanlivost hrotu, mensi poskozeni vzorku. měřítko: 10-10 10-6 10-4 x 108 10-2m 102 m 104 m x 104

přesná detekce prohnutí è laser + detektor pružná ramena è ostré hroty è ~ 50nm - nm vysoké rozlišení detekce pozice hrotu piezoel. materiály è zpětná vazba è

 MFM (magnetic force microscope) F ~ m.H m: magnetický moment hrotu H: magnetické pole vzorku DC AC AFM MFM 20m x 20 m

rozdílné sondy  různé pohledy na tentýž objekt !! Wang et al., Nature 439, 303-306 (2006)

rozdílné sondy  různé pohledy na tentýž objekt !! TEM SEM STM AFM MFM rozlišení ~ 1 nm ~ 10nm - 1m ~ Å ~ Å + rychlé, můžeme pozorovat větší objekty, časový vývoj pomalejší + - vzorek v kapalině (AFM) - biologie + krystaly lysozomu + magnetický stav rozdílné sondy  různé pohledy na tentýž objekt !! difrakce (LEED, synchrotron, ....) rozlišení > 0.1 Å