elektronový mikroskop

dopadající e

interakční objem

prošlé e

(ne)pružnĕ rozptýlené e

TEM

SEM

transmisní elektronový mikroskop

omezení optických mikroskopů …. světlo: 0.5 m

vidět více!

poč. 30. let: elektronový mikroskop(horsi rozliseni nez opticke)

elektron také vlnavelká en. malá vidíme Å

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)

První československý TEM (1950)

Moderní mikroskopy elektronová dělo 300 keV

TEM v materiálovém výzkumu – studium defektů a rozhraní mezi materiályAtomové rozlišení

nanotubes

řádkovací elektronový mikroskop, učebna fyzikálního praktika

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

dopadající e

interakční objem

prošlé e

(ne)pružnĕ rozptýlené e

TEM

SEM sekundární e

charakteristické rtg

slitina Cu-Nb-Fe

Augerovy e

zpětný odraz

Augerovy elektrony

Au na povrchu Si(111)

Charakteristické rtg složení vzorku

Energie (keV)

Inte

nzita

obrázky ze SEM (neomezená hloubka ostrosti x optika)

kapičky Sn na povrchu GaAs

toaletní papír ( x 500)

radiolara ( x 750)inj. stříkačka (x 100)

černá vdova (x 500)

http://www.mos.org/sln/sem/sem.html http://www.tescan.com/en/gallery

Scanning Probe Microscopes (SPM). Využití atomových hrotů.

Základ všech technik: a) ostrý hrot – poloměr od 1-20 nm, ideálně 1 atom na konci hrotub) piezoscanner – využití piezoelektrického jevu:

napětí na piezoel. materiálu mřížová konstanta (měním délku)

Binnig, Rohrer (1986 N.c.)

Gerd Binnig* 1947

Heinrich Rohrer* 1933

STM (scanning tunneling microscope)

1965-71 Russell D. Young

(Topografiner)

Uměřím proud(kvantový tunelový jev)

I ~ e-d

vakuum

+-

IPC

Gd na povrchu W,modré - místa adsorpce H

povrch Auhttp://www.physics.purdue.edu/nanophys/stm.html

STM obrázek atomu Au na povrchu Cu(111) potaženém NaCl – dva různé nábojové stavy.

http://www.almaden.ibm.com/vis/stm/gallery.html

D.M. Eigler, E.K. Schweizer. Positioning single atoms with a scanning tunneling microscope. Nature 344, 524-526 (1990).

STM rounds up electron waves at the QM corral. Physics Today 46 (11), 17-19 (1993).

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)

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

AFM (atomic force microscope)

Mikroskopie atomárních sil

SSííly ply půůsobsobííccíí na AFM hrot na AFM hrot Lennard Jonesův potenciál

Kontaktní AFM

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.

proměnné prohnutí ramena konstantní prohnutí ramena

měřítko:10-10

10-6

10-4x 108

10-2m102 m104 m

x 104

přesná detekce prohnutí

- laser + detektor

pružná ramena

mk

21f

ostré hroty

vysoké rozlišení detekce pozice hrotu-piezoel. materiály

zpětná vazba

~ nm - nm

MFM (magnetic force microscope)

F ~ m.H

m: magnetický moment hrotu

H: magnetické pole vzorku

DCAC

AFM MFM20m x 20 m

Wang et al., Nature 439, 303-306 (2006)

rozdílné sondy různé pohledy na tentýž objekt !!

TEM SEM STM AFM MFM

rozlišení ~ 1 nm ~ 10nm - 1m ~ Å ~ Å

pomalejší

vzorek v kapalině(AFM) - biologie

rychlé, můžeme pozorovatvětší objekty, časový vývoj

rozdílné sondy různé pohledy na tentýž objekt !!

magnetický stav

krystaly lysozomudifrakce (LEED, synchrotron, ....)

rozlišení > 0.1 Å