Kemajuan di High-Resolusi Atomic Force Microscopy (AFM) Pencitraan

Topik Covered

Pengenalan

Pencitraan resolusi tinggi telah menjadi fitur utama yang menarik perhatian peneliti untuk scanning probe microscopy (SPM), namun masih ada sejumlah pertanyaan yang beredar mengenai hal ini fungsi mikroskop pemindaian tunneling (STM) dan mikroskop kekuatan atom (AFM) . Sebuah isu terkait beberapa, dimulai dengan AFM pencitraan lapisan alkana pada grafit, akan dibahas di sini.

Deskripsi Alkana

Alkana normal (rumus kimia: C _n H _{2n +2)} adalah molekul linear dengan konformasi zigzag preferensial-CH ₂ - kelompok. Terminal-CH ₃ kelompok mereka sedikit lebih besar dari mereka - CH ₂ - kelompok, tapi lebih mobile. Pada kondisi ambien, alkana dengan n = 18 dan lebih tinggi kristal padat (suhu leleh dari C ₁₈ H ₃₈ adalah 28 ° C) dengan rantai praktis berorientasi vertikal sehubungan dengan wajah lebih besar dari kristal. Hubungi modus AFM gambar seperti permukaan kristal C ₃₆ H ₇₄ (yang terbentuk dari-CH ₃ kelompok) telah mengungkapkan susunan berkala dari kelompok-kelompok [1].

Telah lama diketahui bahwa pada permukaan grafit molekul alkana dirakit di flat-berbaring struktur pipih di mana molekul sepenuhnya diperpanjang berorientasi sepanjang tiga arah grafit utama (lihat Gambar 1). Ini urutan molekul ditandai oleh sejumlah periodik: spasi 0.13nm antara atom karbon tetangga, jarak antara 0.25nm-CH ₂ - kelompok di sepanjang rantai dalam konformasi zigzag, jarak merantaikan 0.5nm dalam lamellae, dan lebar pipih - yang panjang molekul C _n H _2n diperpanjang _2. Yang terakhir ini bervariasi dari 2,3 nm untuk C ₁₈ H _38-49,5 nm untuk C ₃₉₀ H ₇₈₂ (alkana terpanjang disintesis).

Gambar 1. Sketsa rangka menunjukkan pipih dan molekul alkana normal pada grafit.

AFM Imaging Lapisan Alkana pada Graphite

Alkana adsorbates pada grafit pertama kali diperiksa dengan STM [2]. Dalam percobaan itu, tetesan larutan alkana jenuh diendapkan pada permukaan grafit. Sebuah ujung logam menembus tetesan ini, serta adsorbat molekul pada antarmuka cair-padat, sampai mendeteksi arus tunneling. Pada kondisi ini, ujung adalah pemindaian atas lapisan molekul memerintahkan di sekitar langsung dari substrat. STM gambar alkana normal pada grafit (seperti yang direproduksi dari [3] dan disajikan dalam Gambar 2) jelas menunjukkan rincian denda susunan molekul, seperti tepi lamelar, rantai individu dalam lamellae, dan konformasi zigzag dari alkana rantai.

Gambar 2. STM gambar dari C ₃₆ H pada alkana ₇₄ grafit.

Dalam pencitraan STM pada antarmuka cair-padat, probe dikelilingi oleh alkana-jenuh solusi. Setiap ketidakstabilan pencitraan dan penggunaan resistensi kesenjangan yang rendah tunneling akan menyebabkan kerusakan mekanis dengan urutan alkana, dan probe bisa merekam gambar dari grafit yang mendasarinya. Jika kesenjangan meningkat lagi, urutan alkana akan dikembalikan karena kolam molekul alkana. Hal ini praktis tidak mungkin untuk mendapatkan gambar STM dari "kering" lapisan alkana pada grafit karena kerusakan sesekali ke lapisan adalah non-diperbaiki.

Isu lain yang penting adalah terkait untuk mendapatkan pemahaman yang lebih baik tentang sifat atom skala resolusi dalam AFM, sebuah topik yang telah didiskusikan sejak visualisasi sukses pertama kisi atom dan molekul-skala dalam modus kontak. Skala atom tunggal cacat tidak pernah praktis direkam dalam mode kontak. Oleh karena itu, pencitraan seperti hanya menyediakan resolusi kisi - kontras dengan resolusi atom benar mana deteksi cacat seperti yang diharapkan. Pencitraan kisi berkala dengan cacat telah dibuktikan di FM dan gambar AM (pertama di Uhv dan kemudian dalam kondisi ambien), tetapi hasil simulasi komputer telah mengungkapkan bahwa visualisasi cacat tidak selalu berarti bahwa urutan molekul sekitarnya benar direproduksi dalam gambar [9, 10]. Temuan ini menekankan kebutuhan untuk interaksi yang komprehensif antara percobaan dan teori dalam analisis data skala atom.

Referensi

[1] W. Stocker dkk, Polym.. Bull. 1991, 26, 215-222.

[2] GC McGonigal, RH Bernhardt, dan DJ Thomson, Appl. Phys. Lett. 1990, 57, 28.

[3] W. Liang dkk, Adv.. Mater. 1993, 5, 817-821.

[4] SN Magonov dan NA Yerina, Langmuir 2003, 19, 500-504.

[5] L. Gross dkk, Sains 2009, 324, 142..

[6] T. Fukuma dkk, Appl.. Phys. Lett. 2005, 86, 193108.

[7] T. Fukuma dkk, Appl.. Phys. Lett. 2005, 86, 034103.

[8] D. Klinov dan S. Magonov, Appl. Phys. Lett. 2004, 84, 2697.

[9] S. Belikov dan S. Magonov, Jap. Jour. Appl. Phys. 2006, 45, 2158.

[10] S. Belikov dan S. Magonov, Proc. Amer. Kontrol Soc, St Louis, 2009, 979..

Tentang Agilent Technologies

Agilent Technologies instrumen nanoteknologi memungkinkan Anda gambar, memanipulasi, dan mengkarakterisasi berbagai perilaku nano-listrik, kimia, biologi, molekul, dan atom. Koleksi kami yang berkembang instrumen nanoteknologi, aksesoris, perangkat lunak, layanan dan bahan habis pakai dapat mengungkapkan petunjuk yang Anda butuhkan untuk memahami dunia nano.

Agilent Technologies menawarkan berbagai presisi tinggi force microscopes atom (AFM) untuk memenuhi kebutuhan unik Anda penelitian. Agilent instrumen yang sangat dapat dikonfigurasi memungkinkan Anda untuk memperluas kemampuan sistem sebagai kebutuhan Anda terjadi. Agilent penanganan industri terkemuka lingkungan / sistem suhu dan cairan memungkinkan cairan yang unggul dan lembut pencitraan bahan. Aplikasi termasuk ilmu material, elektrokimia, polimer dan aplikasi-ilmu kehidupan.

Sumber: Agilent Technologies

Untuk informasi lebih lanjut tentang sumber ini silakan kunjungi Agilent Technologies