ночная травля

[zorgeo]

Вот что получается, если засунуть вольфрам в щелочь и пропустить ток. Такой штукой можно различить отдельные атомы. Или доменные стенки в ферромагнетиках, что я и делаю.

Увеличить
Еще одна (леопардовый конец)

Comments

[ex-gleb-sem.livejournal.com]

Хороша машинка. Еще и масштабы показывает, и увеличение...

А, кстати, вот такой 1 микрон с таким качеством фотографии--это максимальное разрешение или ты для снижение объема посылки понижал разрешение фотографии?

[zorgeo.livejournal.com]

Машинка - сканирующий электронный микроскоп. Практическую ценность имеет огромную. Но не передний край. Потому что как ни тыкай - ни ворочай, а электроны друг от друга отталкиваются. Вот и разрешение получается до 30 нм. Превьюшка есть превьюшка, а ссылка ведет на реальный имидж, как он вываливается из аппарата.

Вот что действительно круто - так это сканирующий туннельный микроскоп. Этому парню все по барабану, разрешает отдельные атомы и даже структуру волновой функции внутри атома. Вольфрамовая иголка в нем используется как зонд, электрончики туннелируют с самого последнего атома иголки в поверхность образца через вакуум. Я писаю компотом!

[firtree.livejournal.com]

А я думал, их растят из кремния. Совсем ничего не знаю...

[zorgeo.livejournal.com]

Из кремня тоже делают. Тока он слабо проводит, лучше из металла. А еще делают литографическим способом из SiN диэлектрические зонды для атомной силовой микроскопии. И из стекловолокна тоже - для ближнепольной оптической.

[ex-gleb-sem.livejournal.com]

Просто интересно, а каким образом зонд в СТМе двигают? Чем обеспечивается "квант" смещения иглы-зонда?

[zorgeo.livejournal.com]

Двигают пьезокерамикой. Кванта нету никакого, потому что смещения атомов в пьезе много меньше межатомных расстояний. Так что точность позиционирования определяется шумами: вибрацией, флуктуациями туннельного тока, температурным дрейфом. В идеале надо работать в сверхвысоком вакууме, при гелиевых температурах, на дне пещеры.

[firtree.livejournal.com]

Неидеала тоже хватает для атомного и субатомного разрешения...

А вот какого чёрта говорить о структуре ВФ, если там не стационарное состояние, а офигенный в атомных масштабах туннельный ток? Или пофиг, ток обеспечивается не за счёт искажения распределения электронов?

[zorgeo.livejournal.com]

Действительно, если попытаться запихнуть ток в одиночный ИЗОЛИРОВАННЫЙ атом, то все его ВФ исказятся. Достаточно одного электрона - и привет!

Но в СТМе, как правило, одиночный атом сидит на поверхности металла (или немного под поверхностью). Соответственно, через него и так идет громадный ток электронов проводимости с энергией ну уровне Ферми и всеми возможными k. Поэтому дополнительные туннелирующие электроны мало что меняют.

Другое дело, когда квантовая точка сидит на плохо проводящей поверхности (металл с пленкой оксида сверху). Тогда да, достаточно ее зарядить всего одним или несколькими электронами - и плотность состояний кардинально меняется. На практике это выглядит как резкие скачки на кривой дифференциальной проводимости. Кулон-блокада называется.

[firtree.livejournal.com]

Не согласен. Через него идёт громадный ток со всеми k, _тангенциальными_поверхности_. А вы тычете иголкой и развиваете туннельный ток _в_нормальном_направлении_. Вообще, я не помню, чего там в ФТТ было напридумано касательно поверхностных состояний и отдельных атомов на поверхности, но явно же, что что-то нетривиальное.

Кстати, имхо, даже само по себе поднесение иглы может исказить картину, ещё до пропускания всякого тока. Нарушается трансляционная симметрия, получается, что на чистую решётку накладывается какое-то локальное возмущение, чуть ли не дефект поверхностный :-)

Ага. Стало быть, ток меряется всё-таки при одном и том же заряде квантовой точки, это уже хорошо.

[zorgeo.livejournal.com]

Все правильно. Поверхностные состояния не такие как в объеме, да. Даже кристаллическая решетка деформируется вблизи поверхности.

Да, поднесение иглы деформирует картину. За счет электростатического взаимодействия, а на коротких расстояниых - еще и за счет обменного. Не говоря уж о том, что туннелный ток пропорционален СВЕРТКЕ плотности состояний в образце и в зонде.

Почти чистой может считаться ситуация, когда примесный атом закопан под несколькими монослоями матрицы. Тогда влияние зонда минимально. Но и видим мы только "хвост" его волновой функции.

Похоже, совсем не повлиять на образец все-таки нельзя. Квантовая механика, как-никак.

[firtree.livejournal.com]

Отож.

Экспоненциальные хвосты ловить - то ещё занятие...

Тащусь от слова "свёртка". Ёлки, как я люблю эту математику!

[ex-gleb-sem.livejournal.com]

А почему, собственно, электроны туннелируют с "последнего" атома? Сдается мне, что вполне есть вероятность "срыва" электронов с боковой поверхности зонда. Не исказит ли этот эффект картинку? при наличии в образце узких "каньонов", например? Или предполагается, что "дырки в образце должны быть поперек себя шире чем выше"?

[zorgeo.livejournal.com]

С последнего атома, потому что: 1) там самая большая напряженность электрического поля (эффект громоотвода) и 2) он ближе всего к образцу, а вероятность туннелирования экспоненциально спадает с расстоянием.

На практике, конечно, бывыет всяко. Бывает, что на конце зонда образуются 2 почти одинаковых зубца. Тогда изображение двоится. Бывает вообще, что зонд тупой и все ото всюду туннелирует. Бывает, сядет на кончик гадость какая-нибудь, и плотность состояний зонда станет кривой.

дырки, если они глубокие, изучать тяжело. зонд может застрять и сломаться. в идеале хорошо бы, чтобы дырки быле не глубже пары монослоев. а по ширине - какие угодно.

[firtree.livejournal.com]

А если дырка в глубину пара монослоёв, а в ширину - один?

[zorgeo.livejournal.com]

Не бывает. Энергетически невыгодно. Схлопнется!

[zorgeo.livejournal.com]

Вот еще, по поводу узких каньонов. В норме высота зонда над поверхностью регулируется обратной связью по туннельному току. В зависимости от рельефа, пьезик поднимает или опускает зонд, чтобы ток оставался постоянным. В случае узких каньонов эт не очень хорошо, потому что зонд полезет в ущелье, там начнется туннелирование со всех сторон, да и вообще он там сломается. В этом случае может пригодиться сканирование без обратной связи, на постоянной (в среднем) высоте. Тогда зонд в дырку не полезет, а о ее глубине/структуре дна можно будет косвенно судить по изменениям туннельного тока.

[iig-91.livejournal.com]

И на всем этом все хотят вырастить nanotubes, и что бу оно еще и работало нормально, с min tip-surface convolution...
Интересно, кто-нибудь уже производит хорошие AFM tips with carbon nano-tubes?

[firtree.livejournal.com]

Схлопнется, но не до конца же.
А, понял, получится зарытая дислокация...

[firtree.livejournal.com]

Полезет, да ещё и с разгону... Ведь эта обратная связь она же там не моментальная, небось? Кошмар.

Сразу возникает вопрос, а как зонд провзаимодействует со встретившейся на пути Китайской Стеной.

[firtree.livejournal.com]

БЭРД:
Нас только двое против зла,
Нас только двое на дракона --
Я, Бэрд, потомок Гириона,
И эта черная стрела!
Умри, крылатый паразит!
Стрела, влекома силой духа,
Отыщет дырку среди брюха,
И прямо в дырку поразит!

((C) Ингвалл Колдун ingwall)

[zorgeo.livejournal.com]

Да, не моментальная. Время отклика обратной связи ограничено RC контура, измеряющего ток. Туннельный ток очень слабенький, 10^-9 А и меньше, соответственно R большое. Так что время отклика порядка сотен микросекунд. Чтобы получить приличный сигнал/шум, надо копить еще дольше. Правда, есть умельцы, который получают STM картинки с видео частотой, т.е. 24 раза в секунду, но это экзотика.

Если на пути встретится высокая гадость - эт зависит от того как настроена обратная связь. Если она быстрая и чувствительная - то успеет отдернуть. Правда, возможен "overshooting", т.е. отдернет сильнее чем надо, далеьше покачается туда-сюда и опять найдет поверхность. А если обратная связь не успеет - сломается зонд:(

[zorgeo.livejournal.com]

производят, да. насколько хорошие - не знаю. не имел дела.
Вот, например, российская компания NT-MDT.

[zorgeo.livejournal.com]

дислокация убежит куда-нибудь, если только не очень холодно. бывает интересно, если в таком пузырьке слегка под поверхностью оказывается заперт атом(ы), скажем, аргона. Тогда между ним(и) и поверзностью образуется квантовая щель, и все становится сложно и красиво.

[firtree.livejournal.com]

Ясно.

Просто у нас в Зеленограде очень многие практиканты и выпускники так или иначе связаны с НТ-МДТ, то диплом дадут на моделирование tapping-mode AFM, то кто-то там где-то там кантилеверы продавать пытается, так что приятно поболтать на знакомые темы :-)

[firtree.livejournal.com]

Я чего-то не очень понимаю, разве дислокация такого типа ("край атомарного слоя") может убежать куда-нибудь кроме как в горизонтальном направлении? То есть она всё время будет на одной и той же грубине под поверхностью?

Или я плохо представляю себе возможности некубических решёток?

Или она не убежит вглубь, а "размажется" по горизонтали, перестанет быть узколокальной?

[zorgeo.livejournal.com]

Вообще говоря, дислокация может бежать только поперек себя. Другое дело, как это направление соотносится с поверхностью скола кристалла.

Но даже если она побежит вдоль поверхности, это не так легко будет заметить.

Обычно люди работают либо при гелии, либо в диапазоне от азота до комнатной температуры. При 4 К все дислокации заморожены и никуда не бегут. А при 77-300 они очень подвижны и за время сканирования усредняются по всей области наблюдения.

Проследить за ними можно по косвенным признакам. Скажем, вакансия может быть очень подвижной (как пустой квадратик в игре "пятнашки"), но если на нее сядет примесный атом, она какое-то время посидит на месте. А потом опять освободится и поскачет.

Или можно попытаться подобрать промежуточную температуру, при которой дислокации не бегают, а ходят :).

Есть еще проблема влияния самого зонда. Известно, что при определенном поле и расстоянии зонд может потащить за собой примесный атом по поверхности, а потом где-нибудь бросить.

Так что движение дислокаций (вакансий, примесей) - это дело пока еще новое, трудное с экспериментальной точки зрения.

[firtree.livejournal.com]

Как интересно!!!

А одномерную дислокацию зонд за собой тоже может потащить?

У нас просто показывали на какой-то конференции сканы того, как зондом возюкали по поверхности нанотрубку. Так что если не переусердствовать, одномерные объекты таскать можно.

Хм. А от 4 до 77 никаких удобных точек, на которых можно застабилизировать температуру, нет? Например, какие-нибудь фазовые переходы в твёрдых веществах, относительно дешёвых... Или как это вообще делают, доохлаждают после азота?

[zorgeo.livejournal.com]

Ой, не знаю про одномерную дислокацию. То что видел, касалось примесного атома, сидящего в вакансии вместо атома матрицы.

Вообще, красивая штука с этими двигающимися атомами, но пока что я не очень понимаю, в чем ее научная ценность. Какие-то умельцы написали слово IBM отдельными атомами. Кто-то сделал что-то типа фотонного кристалла для электронов проводимости. Наверное, все это нацелено на молекулярную электронику или квантовый компьютер.

А температуру - элементарно застабилизировать. Обычный принцип термостата: датчик (термо-ЭДС) и нагреватель с обратной связью. Как в утюге. Тока рабочее тело - газообразный гелий. Видимо, это вопрос человеческой инерции: удобнее работать в устойчивой точке фазового перехода.

[firtree.livejournal.com]

Ну, научная ценность-то есть, вопрос скорее в практической. Хотя квантовые точки штука популярная. Кстати, вы не знаете примерно, сколько времени это слово IBM, выложенное отдельными атомами, будет жить при комнатной температуре?

А про стабилизацию - я как-то не подумал. Напротив, может быть, с кипящим гелием-то и не очень удобно работать, по крайней мере, не саму же установку в него опускать! :-)

[firtree.livejournal.com]

Собственно, говоря о научной ценности, это же непосредственное изучение свойств дефектов решётки и поверхности, а раньше, как я понимаю, это только рассчитывалось, а мерялось косвенными методами.

[zorgeo.livejournal.com]

на первый вопрос: очень мало, но сколько конкретно - надо подумать. миллисекунды, может микро... они его делали при гелии.

на второй: надо еще добавить, что криогенная техника нуждается в вакууме. а то запотеет :). Ну и для того чтобы было чисто, вакуум должен быть сверхвысоким. так что матрешка выглядит так: вакуумная камера, в ней криостат, в нем образец и зонд. вся электроника - снаружи.

[zorgeo.livejournal.com]

да, действительно. никакие другие методы не дают однозначной картины решетки. скажем, в дифракционных методах не учитывается фаза отраженной волны, поэтому выполнить однозначное восстановление решетки по дифракционной картине невозможно. Например, до STMа никто не мог расшифровать структуру 7x7 на поверхности Si(111), были разные модели, но все они оказались неправильными. А Биннинг и Рорер это сделали, за что им Нобеля и дали.

но сейчас все основные поверхности уже изучены, надо что-то новенькое поисследовать. а что - непонятно. вот можно дефекты по поверхности погонять и поглядеть чо будет.

[firtree.livejournal.com]

Ага, и криостат от бурлящего гелия так и подпрыгивает :-) Ох там зонд намеряет...

[firtree.livejournal.com]

Ага, представляю себе, если бы так и не были угаданы структура бензола и ДНК, например... А ссылку на эти 7х7 не подскажете?

[firtree.livejournal.com]

Понятно, что она бежит поперёк себя, а не повдоль.
Но насколько я понимаю, там даже поперёк себя она должна выбирать только одно направление из двух возможных.

То есть вот если у нас есть край атомного слоя (здесь вертикального), то двигаться он может вправо-влево, а не вверх-вниз.

_*_*_*_*_
_*_*_*_*_
*_*_0_*_*
*_*_0_*_*
*_*_*_*_*
*_*_*_*_*

На это можно даже какую-то топологию навесить, для некубических решёток, но в целом соображение и здесь понятно.

Или я неправ, и оно может бегать по вертикали?

[zorgeo.livejournal.com]

Вот нобелевская лекция. Но она довольно общеобразовательная. А конкретно про 7x7 поищу завтра, на работе. У меня там архивы.
Может, лучше на "ты"?

[zorgeo.livejournal.com]

Вроде по вертикали не может, т.е. все правильно.

Я имел ввиду случай, когда кристалл сколот наклонно, вот так:
_*_*
_*_*_*
*_*_0_*
*_*_0_*_*
*_*_*_*_*_*
*_*_*_*_*_*_*

Тогда дислокация побежит вглубь от поверхности. Или к поверхности, тогда она превратится в step edge - край ступеньки.

[firtree.livejournal.com]

Спасибо большое!
Стесняюсь я. Аспирант-недоучка, саморо... самоучка от физики, с такими серьёзными людьми разговариваю... Так что естественно, что я смотрю снизу вверх :-)

[firtree.livejournal.com]

А. Понятно. Я слишком идеальный случай рассматривал. :-)

А вообще теорию на тему того, как они бегают, построили небось давно уже?..