Lokale Messung von atomaren Kräften

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Lokale Messung von atomaren Kräften

DOI：
10.5451/unibas-002188017
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发表时间：
2000
期刊：
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影响因子：
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通讯作者：
M. Guggisberg
M. Guggisberg
中科院分区：
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文献类型：
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作者：
M. Guggisberg

文献摘要

被引文献

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光栅微镜测量方法的入门指南 说明。局部光谱实验中的特殊现象 格莱格特。电子定性物理分析 aufgezeichneten Daten zu erhalten, mìssen die Messkanèale und die Amplitude des schwingenden 悬臂梁 geeicht werden。 Die genaue Durchführung dieser Kalibrierung 请参阅之前的章节。 在动态 AFM 实验中与原子结构相关的实验 Oberflachen mit gleicher 质量和横向 Auflosung wie bei STM Messungen 韦尔登阿布盖比尔代特。在大范围内的 Kraftsensor 实验中 振幅与频率有关。 Aus den Experimentellen Daten kann nicht direkt auf das Wechselwirkungspottial 韦尔登实验秩序的理论基础 数据与理论模型的关系。大悲线实验 eine mittlere Kraft pro Oszillationszyklus bestimmt。杜尔奇集成设计 理论界的 Kraftgesetzes 是 Kraft 的核心概念。福尔 整合与发展的关系 F(z) 是关于频率变化的函数。 与 Kurven lassen sich die 一起使用 Anteile der verschiedenen Wechselwirkungen bestimmen。诉讼程序 Si(111) 和 Cu(111) durchgeführt。 Dabei haben sich bei einem Abstand von 0:6nm Folgende der kurzreichweitigen chemischen 和 der VdW Wechselwirkung ergeben: Die langreichweitige VdW Wechselwirkung hat eine starke Abhángigkeit von der mesoskopischen Form der Spitze；谢尔·沙夫·斯皮岑·泽根·德沙尔布·艾因·克莱恩 VdWWechselwirkung。 Aus der Trennung derWechselwirkungen konnte die charakte- FV dW Fchem R 铜(111) 1:1nN 0:4nN 0:35nm 14nm 硅(111) 0:3nN 0:3nN 0:16nm 11nm 表 4.1：Chemische und VdW Krâfte bei einem Abstand von 0:6nm mit der dazu 化学反应和化学反应的基本特性 mesoskopischen Spitzenradius R. ristische Lèange ¸ der kurzreichweitigen chemischen Kraft sowie der Spitzenradius R 最好的韦尔登。 Das Râtsel der unterschiedlichen normalisierten Frequenzverschiebungen， bei welchenatomare Auflásung auf derselben Oberflâche erreicht wird, konnte 与 VdW 和 kurzreichweitigerWechselwirkung 相关 埃尔克勒特韦尔登。最简单的动态工艺 AFM 模式为 0:6pN aus dem Phasenrauschen des Mikroskopes Abschátzen。动态 STM 模式可以通过隧道隧道变化来实现 Kraft von 0:18nN zwischen Positionen ¡uber den 角孔 und den adatoms detektiert 韦尔登。地形方面的最佳质量 darauf zuruckzuführen、dass die Frequenzverschiebung eine gemessene und nicht geregelte Grosse ist。 Der Instrumentelle Drift，die Schieflage der Oberflache und das Rauschen des Distanzreglers verringern die Qualitât der Topographie。展开 动态 AFM 隧道隧道模式和 Dáampfung 模式 mit erhöhtem Kontrast。动态 AFM 的拓扑结构 实验 mit Probenspannung V = 2V 和 mit im Ultrahochvakuum preparierten Spitzen 珠宝 eine Kontrastumkehr。 Die zusátzlich hohen Tunnelströme uber den sehr scharf erscheinenden adatoms lassen and des Spitzenmodells vermuten, dass der kurzreichweitige Anteil der Frequenzverschiebung links des Maximums liegt。模具 总的频率变化是在法律上“uberall auf der Oberfl”ache rechts ihres 最小值，因此在距离调整过程中不稳定。北 频率变化和分解的变化 开启、关闭、关闭 安泰尔贝西特。 An den Stellen èuber den 角孔 erscheint die gr´osste 负频率和频率 den geregelten Messungen。 Nach spontaner A´nderung der Spitze konnten wie beim 特殊情况下的 STM 协议 韦尔登。艾卜哈的具体情况和情况 “ngigkeit von der langreichweitigen Wechselwirkung”。持续不断的行为 动态 STM 模式中的静电势 频率变化的相关问题 der unteren zur oberen Terrasse festellt。 Daraus lásst sich folgern, dass beim dynamischen AFM 方法 entprechend die Stufenhòhen je nachangelegtem Potential variieren，是 auch auf Cu(111) Messungen gezeigt wurde。金属画 Charakters der Si(111) 7 £ 7 Oberflache konnte kein lokaler Kontaktpotentialunterschied an der Stufenkante gemessen werden。 奥斯布利克 DeratomareKontrast，bzw。 die Korrugation hánt stark von der geometrischen Form, Nanospitze ab 的反应和电子特征。不同工艺条件下的不同条件下的结构 bei gleicher mittlerer Kraft ´ F andere maximale Korrugationen。几何学 蜜蜂流感的传播和传播 Verháltnis zwischen kurz- und langreichweitigen Anteilen。德沙尔布·科南·频率分析表 严格的 ihrer Form variieren。 Es kann ein 最低限度存在， oder die Frequenzverschiebungskurve fállt monoton ab。 In Speziallfállen kann ein 最低限度 VdW 的 uber adatoms auftreten und an anderen Positionen aufgrund starkerer VdW Wechselwirkung verschwinden。在 solchen Situationeb 可以看到横向的 gewissen 位置不稳定 kommen, weil der eingestellte Setpointwert nicht erreicht 韦尔登运河Falls der Regler trèage genug eingestellt ist, können diese Stellen trotzdem abgebildet werden, ohne dass die Spitze die Oberflâche berúhrt。 智能远程控制解决方案 trennen können。地形学中的人工制品问题 bei Stufen und Defekten minimiert werden。 Es besteht auch Hoffnung, dass ein solcher Regler 稳定器arbeitet，weil er mehrere Messkanèale gleichzeitig ber¡ucksichtigt。 Ein Regler, welchem zu jedem Zeitpunkt die Vertrauenswürdigkeit der einzelnen 信号是这样的，可以看到 Spitzen 和 derungen erkennen 和 darauf reagieren。 不存在任何关于距离的概念 分子和原子操作中的纳米技术。 Dabei wird die Spitze nicht mehr als Passiver Sensor, sondern als aktives Manipulationswerkzeug 本身。 Um solche Experimente durchzuführen, wird eine neue Generation Scansoftware 的优势在于直接操纵 比耶泰特。
Im ersten Kapitel werden die verschiedenen Messmethoden des Rasterkraftmikroskopes beschrieben. Spezielles Gewicht wird auf die Beschreibung der lokalen Spektroskopieexperimente gelegt. Um qualitative physikalische Aussagen aus den elektronisch aufgezeichneten Daten zu erhalten, m¨ussen die Messkan¨ale und die Amplitude des schwingenden Cantilevers geeicht werden. Die genaue Durchf¨uhrung dieser Kalibrierung wird am Schluss des ersten Kapitels beschrieben. In vielen dynamischen AFM Experimenten konnte die atomare Struktur verschiedener Oberfl¨achen mit gleicher Qualit¨at und lateraler Aufl¨osung wie bei STM Messungen abgebildet werden. In diesen Experimenten schwingt der Kraftsensor mit einer grossen Amplitude, dabei wird eine Karte konstanter Frequenzverschiebung aufgezeichnet. Aus den experimentellen Daten kann nicht direkt auf das Wechselwirkungspotential geschlossen werden. Anhand der St¨orungstheorie erster Ordnung k¨onnen die experimentellen Daten mit theoretischen Modellen verglichen werden. Dabei wird im Experiment eine mittlere Kraft pro Oszillationszyklus bestimmt. Durch Integration des theoretisch wirkenden Kraftgesetzes kann die mittlere Kraft berechnet werden. F¨ur die verschiedenen Wechselwirkungen k¨onnen durch Integration ¨uber die Kraftgesetze F(z) entsprechende Funktionen f¨ur die Frequenzverschiebung berechnet werden. Durch den Vergleich dieser Funktionen mit den gemessenen Kurven lassen sich die Anteile der verschiedenen Wechselwirkungen bestimmen. Diese Prozedur wurde auf Si(111) und Cu(111) durchgef¨uhrt. Dabei haben sich bei einem Abstand von 0:6nm folgende Kr¨afte der kurzreichweitigen chemischen und der VdW Wechselwirkung ergeben: Die langreichweitige VdW Wechselwirkung hat eine starke Abh¨angigkeit von der mesoskopischen Form der Spitze; sehr scharfe Spitzen zeigen deshalb eine kleine VdWWechselwirkung. Aus der Trennung derWechselwirkungen konnte die charakte- FV dW Fchem ¸ R Cu(111) 1:1nN 0:4nN 0:35nm 14nm Si(111) 0:3nN 0:3nN 0:16nm 11nm Tabelle 4.1: Chemische und VdW Kr¨afte bei einem Abstand von 0:6nm mit der dazu geh¨orenden charakteristischen L¨ange der chemischen Wechselwirkung ¸ und dem mesoskopischen Spitzenradius R. ristische L¨ange ¸ der kurzreichweitigen chemischen Kraft sowie der Spitzenradius R bestimmt werden. Das R¨atsel der unterschiedlichen normalisierten Frequenzverschiebungen, bei welchen atomare Aufl¨osung auf derselben Oberfl¨ache erreicht wird, konnte mit dem unterschiedlichen Anteil von VdW und kurzreichweitigerWechselwirkung erkl¨art werden. Zus¨atzlich l¨asst sich die minimal detektierbare Kraft im dynamischen AFM Modus von 0:6pN aus dem Phasenrauschen des Mikroskopes absch¨atzen. Im dynamischen STM Modus kann bei konstantem Tunnelstrom eine Variation der Kraft von 0:18nN zwischen Positionen ¨uber den corner holes und den adatoms detektiert werden. Die bessere Qualit¨at der Kraftkarte im Vergleich zur Topographie ist darauf zur¨uckzuf¨uhren, dass die Frequenzverschiebung eine gemessene und nicht geregelte Gr¨osse ist. Der instrumentelle Drift, die Schieflage der Oberfl¨ache und das Rauschen des Distanzreglers verringern die Qualit¨at der Topographie. Entsprechend erscheinen beim dynamischen AFM Modus der mittlere Tunnelstrom und die D¨ampfung mit erh¨ohtem Kontrast. Die Topographie im dynamischen AFM Modus zeigte bei Experimenten mit Probenspannung V = 2V und mit im Ultrahochvakuum pr¨aparierten Spitzen jeweils eine Kontrastumkehr. Die zus¨atzlich hohen Tunnelstr¨ome ¨uber den sehr scharf erscheinenden adatoms lassen anhand des Spitzenmodells vermuten, dass der kurzreichweitige Anteil der Frequenzverschiebung links des Minimums liegt. Die totale Frequenzverschiebung befindet sich jedoch ¨uberall auf der Oberfl¨ache rechts ihres Minimums, so dass es zu keinen Instabilit¨aten bei der Distanzregelung kommt. Bei konstanter H¨ohe konnten atomare Variationen von Frequenzverschiebung und D¨ampfung aufgezeichnet werden, womit gezeigt ist, dass die D¨ampfung einen kurzreichweitigen Anteil besitzt. An den Stellen ¨uber den corner holes erscheint die gr¨osste negative Frequenzverschiebung und gleichzeitig die h¨ochste D¨ampfung, entsprechend den geregelten Messungen. Nach spontaner A¨ nderung der Spitze konnten wie beim hochaufl¨osenden konventionellen STM die zwei H¨alften der Einheitszelle unterschieden werden. Lokale spektroskopische Messungen an Stufenkanten zeigen eine nicht triviale Abha ¨ngigkeit von der langreichweitigen Wechselwirkung. Durch kontinuierliche A¨ nderung des elektrostatischen Potentials wurden im dynamischen STM Modus ein quadratischer Zusammenhang zwischen dem Unterschied der Frequenzverschiebung von der unteren zur oberen Terrasse festgestellt. Daraus l¨asst sich folgern, dass beim dynamischen AFM Modus entsprechend die Stufenh¨ohen je nach angelegtem Potential variieren, was auch auf Cu(111) Messungen gezeigt wurde. Trotz des metallischen Charakters der Si(111) 7 £ 7 Oberfl¨ache konnte kein lokaler Kontaktpotentialunterschied an der Stufenkante gemessen werden. Ausblick Der atomare Kontrast, bzw. die Korrugation h¨angt stark von der geometrischen Form, der Reaktivit¨at und den elektronischen Eigenschaften der Nanospitze ab. Aufgrund der unterschiedlichen Anteile der diversen Kraftbeitr¨age zeigen unterschiedliche Spitzen bei gleicher mittlerer Kraft ¯ F andere maximale Korrugationen. Geometrische Vera¨nderungen der Spitze und A¨ nderungen der angelegten Spannung beeinflussen das Verh¨altnis zwischen kurz- und langreichweitigen Anteilen. Deshalb k¨onnen Frequenzverschiebungskurven stark in ihrer Form variieren. Es kann ein Minimum existieren, oder die Frequenzverschiebungskurve f¨allt monoton ab. In Speziallf¨allen kann ein Minimum ¨uber adatoms auftreten und an anderen Positionen aufgrund st¨arkerer VdW Wechselwirkung verschwinden. In solchen Situationeb kann es an gewissen lateralen Positonen zu Instabilit¨aten kommen, weil der eingestellte Setpointwert nicht erreicht werden kann. Falls der Regler tr¨age genug eingestellt ist, k¨onnen diese Stellen trotzdem abgebildet werden, ohne dass die Spitze die Oberfl¨ache ber¨uhrt. Ein intelligenter Distanzkontroller sollte zwischen langreichweitiger und kurzreichweitigerWechselwirkung trennen k¨onnen. Somit k¨onnten die Artefakte in der Topographie bei Stufen und Defekten minimiert werden. Es besteht auch Hoffnung, dass ein solcher Regler stabiler arbeitet, weil er mehrere Messkan¨ale gleichzeitig ber¨ucksichtigt. Ein Regler, welchem zu jedem Zeitpunkt die Vertrauensw¨urdigkeit der einzelnen Signale bekannt ist, kann Spitzen¨anderungen erkennen und darauf reagieren. Neben den Verbesserungen der Distanzregelung weisen neue Ideen auf dem Gebiet der Nanotechnologie in Richtung von Manipulationen einzelner Molek¨ule und Atome. Dabei wird die Spitze nicht mehr als passiver Sensor, sondern als aktives Manipulationswerkzeug eingesetzt. Um solche Experimente durchzuf¨uhren, wird eine neue Generation von Scansoftware ben¨otigt, welche die M¨oglichkeit der Direktmanipulation bietet.