고해상도 원자 군대 현미경 검사법 화상 진찰에 있는 (AFM) 진도

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소개
알칸의 묘사
흑연에 알칸 층의 AFM 화상 진찰
안으로 화상 진찰 AM와 FM 최빈값
결론
참고
Agilent 기술에 관하여

소개

계속 고해상도 화상 진찰은 연구원' 검사 탐사기 현미경 검사법에 주의 끄는 1 차적인 특징입니다 (SPM), 그러나 지금도 스캐닝 터널을 파 현미경과 원자 군대 현미경의 이 기능에 대하여 (STM) 다수 걸출한 질문이 있습니다 (AFM). 알칸의 AFM 화상 진찰로부터 시작하는 약간 관련 문제는, 흑연에, 여기서 연설될 것입니다 층을 이룹니다.

알칸의 묘사

일반적인 알칸 (화학 공식: CH는n2n+2) - CH- 단의 우선적인 지그재그 구조를 가진 선형 분자2입니다. 그들의 단말기 - CH3 단 그들 보다는 경미하게 더 크십시오 - CH-2 단, 그러나 이동할 수 있는. 주위 조건에, n=18를 가진 알칸은 높이 단단한 결정이고 (CH의 녹는 온도는1838 결정의 큰 마스크에 대해서는 사슬을 가진 28° C) 동쪽으로 향하게 했습니다 실제적으로 수직을입니다. 형성되는 CH 결정 (- CH 단3674 )의 그런 표면의 접촉형3 AFM 심상은 이 단 [1]의 정기적 배열을 제시했습니다.

흑연의 표면에 알칸 분자가 완전히 확장되는 분자가 3개 주요 흑연 방향에 따라서 동쪽으로 향하게 하는 편평하 속이는 층상 조직에서 조립된다는 것을 오래 알려졌습니다 (숫자 1)를 보십시오. 이 분자 명령은 다수 주기성이 특징입니다: 이웃 탄소 원자 사이 0.13nm 간격, 사이 0.25nm 간격 -2 얇은 판자 안쪽에 지그재그 구조, 0.5nm interchain 거리에 있는 사슬에 따라서 CH- 단, 및 박판 폭 - 확장되는 CH 분자의n2n+2 길이. 나중은 CH를 위해 2.3 nm에서 CH1838 (종합되는 가장 긴 알칸390782 )를 위해 49.5 nm에 변화합니다.

일반적인 알칸의 박판과 분자 명령을 보여주는 흑연에 숫자 1. 밑그림.

흑연에 알칸 층의 AFM 화상 진찰

흑연에 알칸 흡착된 것은 STM [2]로 처음으로 검토되었습니다. 그 같은 실험에서는, 포화된 알칸 해결책의 작은 물방울은 흑연 표면에 예금됩니다. 금속 끝은 액체 단단한 공용영역에 터널을 팔 현재를 검출할 때까지, 이 작은 물방울, 뿐 아니라 분자 흡착된 것을 돌파합니다. 이 조건에, 끝은 기질의 인접 부근에 있는 명령한 분자 층에 검사하고 있습니다. 흑연에 일반적인 알칸의 STM 심상 (것과 같이에서 [3] 재생하고 숫자 2)에서 명확하게 설명합니다 얇은 판자 안쪽에 박판 가장자리 개별적인 사슬, 및 알칸 사슬의 지그재그 구조와 같은 분자 배열의 정밀한 세부사항을 제출했습니다.

흑연에 숫자 2. CH 알칸3674 의 STM 심상.

액체 단단한 공용영역에 STM 화상 진찰에서는, 탐사기는 알칸 포화된 해결책에 의해 포위됩니다. 화상 진찰의 어떤 불안정성든지 및 낮은 터널을 파 간격 저항의 사용은 알칸 명령에 기계적인 손상을 초래하고, 탐사기는 근본적인 흑연의 심상을 기록할지도 모릅니다. 간격이 다시 증가되는 경우에, 알칸 명령은 알칸 분자의 수영장 복구된 때문이. 층에 가끔 손상이 복구할 수 없기 때문에 STM 심상을의 "장악하는 것은 실제적으로 불가능합니다 말리습니다" 흑연에 알칸 층을.

흑연에 건조한 알칸 층의 연구 결과는 AFM로 능력을 발휘할 수 있습니다, 그러나 여태까지는 얇은 판자 배열의 "STM" 해결책은 달성되지 않았습니다. 초기에, 흑연에 CH의60122 박판 흡착된 것은 진폭 변조 최빈값에서 검토되고 다른 박판 비행기 및 다층 구조물에 7.6 nm의 간격은 합성되는 심상 [4]에서 명확하게 보일 수 있었습니다. "몇몇 나노미터"를 위한 기준이 없을 경우에 구역 수색하십시오, 이 정기적 구조물은 스캐너의 X-와 Y-축 구경측정을 위해 채택될 수 있습니다. 특정한 스캐닝의 고해상도 화상 진찰 기능을 증명하는 쪽으로 먼저 사용해 현미경, 7.6nm 지구의 구상을 더 이상 고려됩니다 도전 시험하지 마십시오. 오늘날, 더 작은 층상 조직 (2.3nm 간격을 가진 4.5nm 간격을 가진 예를들면, CH, 3674 CH)의 심상을 장악하는1838 기능은 현미경 성과와 통신수 경험의 더 나은 계기를 제공합니다.

흑연에 CH, CH18383674 CH 얇은 판자의60122 전형적인 AFM 심상은 Agilent 5500 원자 군대 현미경이 숫자 3.로에서 보이는 장악했습니다. 박판 가장자리는 이 심상에서 명확하게 해결됩니다. 대조의 기점은 박판 코어의 효과적인 뻣뻣함 (- CH- 순서)와 그것의2 가장자리의 차이입니다 (- CH3 및 가까이에 - CH-2 단). "350 nm"3674 심상에서 보인 기질의 곡물 뿐 아니라 얇은 판자 안쪽에 사슬 명령의 특색에 CH 얇은 판자의 복잡한 패턴은 기인합니다. 몇몇 견본 준비에서는, 이웃 사슬은 - 사슬에' 지도하는 CH3 끝 단 박판 가장자리에 대해서는 경사 잘 부피가 큰 것 수용하기 위하여 이동됩니다. 그러므로, 개별적인 박판 폭은 알칸 사슬의 길이 보다는 더 작을 것이 지도 모릅니다.

진폭 변조 최빈값에서 장악되는 흑연에 숫자 3. 일반적인 알칸의 AFM 심상.

흑연에 일반적인 알칸의 STM 심상을 명심해서, 그 같은 해결책이 접촉 진동하는 (진폭 변조, 주파수 변조) 최빈값에서 AFM를 통해, 달성될 수 있다는 것을 여부 사색하는 것이 오히려 흥미롭습니다. 접촉형에서 장악된 흑연에 3개의 다른 알칸 (CH, CH 및 CH)1838의 AFM242486 심상에 의해 설명되는390782 것과 같이 명확한 진도가 이 점에서 계속 있습니다 (숫자 4와 5)를 보십시오. 얇은 판자 및 개별 사슬과 관련있는, 간격은 CH 얇은 판자 (숫자 4)의1838 심상에서 보고 알 수 있습니다. 바싹 포장된 알칸 사슬에 따라서 지그재그 형태는 ultralong 알칸의 심상, CH (숫자 4)390782 에서 보입니다. 몇몇 경미하게 꼬이는 얇은 판자는 CH (숫자 5)의 심상242486 에서 검출되었습니다. "100 nm" 심상에서는, 없는 사슬에 기인한 다수 선형 결점 또는 그들의 부속은 구별 가능합니다. 얇은 판자의 가장자리 사이 확장되는, 개별적인 알칸 사슬은 또한 "55 nm" 심상에서 눈에 보입니다.

접촉형에서 장악되는 흑연에1838 숫자 4.390782 CH와 CH 얇은 판자의 AFM 심상.

접촉형에서 장악되는 흑연에242486 숫자 5. CH 얇은 판자의 AFM 심상.

1k에서 4k에 다수 화소를 포함하는 고밀도 심상은 동일 심상 내의 긴 알칸의 박판 가장자리 그리고 개별적인 사슬을 관찰하기 위하여 집합되어야 합니다. 시간이 그 같은 화상 진찰에 의하여 걸리고 낮은 열 편류를 가진 계기를 요구합니다. 아래로 분자에게 간격을 두기의 설명한 구상은 접촉형에 있는 0.25 nm에 적용될 때 유사한 관측이 주위 조건에서 또는 액체의 밑에 진동하는 (AM) 진폭 변조 그리고 진동하는 주파수 (FM) 변조 최빈값에서 수 있다 희망을 제안합니다 달성될. pentacene의 분자 구조의 0.25nm 해결책을 가진 구상은 UHV에 있는 그리고 저온 [5]에 FM 실험에서 이미 달성되었습니다.

안으로 화상 진찰 AM와 FM 최빈값

수년간, AFM에 있는 진도는 FM 최빈값의 발달 그리고 응용과 관련있는 어떤 부분에 있었습니다. 끝 견본 군대 상호 작용과 스캐닝의 탐지를 위한 AM 최빈값에 대안으로 UHV에서 원래 채택된, 이 기술은 지금 또한 공기에 있는 그리고 액체의 밑에 고해상도 화상 진찰을 위해 사용됩니다. alkanethiols의 돌비늘, 각자 집합, 및 polydiacetylene (PDA) 결정의 고해상도 심상은 "집에서 만드는" 준비 [6, 7]를 사용하여 FM 최빈값으로 기록되었습니다. 이 정기적 구조물은 0.5 더 중대하게 nm를 간격을 두기이 특징입니다. 어떤 경우에, 분자 가늠자 개별적인 결점은 관찰되었습니다. AM 최빈값 [8] 이용하는 유사한 사실 인정은 보고되었습니다. 몇몇 고해상도 심상은 Agilent 5500 원자 군대 현미경이 숫자에서 6-8를 가진 AM 최빈값을 보이는 안으로 장악했습니다.

공기에 있는 AM 최빈값을 를 사용하여, 다수 분자 해결책 심상은 PDA 결정의 표면의 장악되었습니다. 결정이 쪼개진 후에, 그것의 가장 큰 원자로 매끄러운 마스크는 (몇몇 선형 결점에) 분자 가늠자 화상 진찰을 위해 가장 적당합니다(숫자 6 의 오른쪽 꼭대기를 보십시오). 더 높은 확대에, B.C. 비행기의 크리스탈 구조물을 흉내내는 정기적 패턴은 장악될 수 있습니다 (숫자 6, 오른쪽 꼭대기 및 바닥).

숫자 6. 공기에 있는 진폭 변조 최빈값에서 장악되는 polydiacetylene 결정의 AFM 심상. 빨간 장방형은 이 결정의 B.C. 비행기에 결정학 격자를 표시합니다.

0.5 nm (c 축선에 따라서 반복 거리) 및 0.7 nm (b 축선에 따라서 반복 거리의 반)의 직각 간격과 더불어 이 격자는, 또한 다른 탐사기를 사용하여, 검출되었습니다 (숫자 7)를 보십시오. 탐사기 여러가지 장악된 심상 패턴의 상사성에도 불구하고, 심상 변이는 두드러집니다. 확실히 정밀한 원자 가늠자 특징의 고해상의 부족이 있습니다. 이것은 공기에 있는 그리고 0.5 이하 nm를 간격을 두는 것이 부족하게 단호한 액체의 밑에 안으로 심상에 의하여 장악된 AM와 FM 최빈값의 일반적인 특성입니다.

숫자 7. 공기에 있는 진폭 변조 최빈값에서 장악되는 polydiacetylene 결정의 AFM 심상. 이 탐사기는 숫자 6.에서 보인 심상을 열매를 산출한 실험에서 사용된 것과 달랐습니다.

상황은 돌비늘 표면의 구상 이외에, MOS의 격자 및 흑연이 관찰될 수 있는 접촉형에 있는 심상2 을 위해 약간만 더 낫습니다. 이 층이 된 물자의 접촉형 심상은 숫자 8.에서 보입니다.

숫자 8. 최고 줄: 3의 지세 심상은 접촉 AFM 최빈값에서 장악된 결정을 층을 이루었습니다. 이 심상에 따라서 지세 윤곽선은 중간 줄에서 그(것)들의 밑에 직접, 제출됩니다. 밑바닥 줄: 탄소, Se 및 칼륨 원자의 결정학 지상 구조물의 3D 대표.

본래 심상은 확실히 시끄럽습니다, 그러나 정기적 격자는 (심상의 최고 부분에서 내재되어 있는) 6각형 패턴을 지도하는 FFT 절차를 통해 강화될 수 있습니다 완전히 하기 위하여 그것이. 심상에 따라서 지세 자취는 그(것)들의 밑에 직접 제출됩니다; 이 자취는 지상 파형이 40 pm (흑연)에서 300 pm (돌비늘)에 증가한다는 것을 보여줍니다. 그러므로, 돌비늘의 분자 가늠자 화상 진찰은 결정 (숫자 8 의 밑바닥 줄)의 원자 지상 구조물의 3D 밑그림에서 묘사된대로 그것의 더 큰 파형 및 interatomic 별거, 때문에 더 적은 요구입니다.

결론

요약하자면, AFM에 있는 원자 가늠자 화상 진찰의 현재 상황은 만족하지 않습니다 - 추가 개선을 위한 룸이 있습니다. 안으로 고해상도 화상 진찰 AM의 진도는과 FM 최빈값 특히 바람직합니다; 두 진동하는 최빈값 다 물자의 매우 더 넓은 범위에 접촉형 AFM와 비교하여 (를 포함하여 연약한 객체) 적용될 수 있습니다. 미래 진도는 끝 견본 군대의 더 나은 신호 대 잡음 특성과 같은 쓸모 있는 개선을 더 낮은 열 편류 및 향상한 탐지 및 통제, 뿐 아니라 예리한 탐사기의 사용 의지합니다.

다른 중요한 문제점은 AFM에 있는 원자 가늠자 해결책, 접촉형에 있는 원자와 분자 가늠자 격자의 첫번째 성공적인 구상부터 면담의 밑에 있던 토픽의 본질의 더 나은 이해를 얻기와 관련있습니다. 단 하나 원자 가늠자 결점은 접촉형에서 실제적으로 결코 기록되지 않았습니다. 그러므로, 그 같은 화상 진찰은 - 그 같은 결점의 탐지가 예상되는 확실한 원자 해결책과 달리 - 단지 격자 해결책을 제공합니다. 결점에 정기적 격자의 화상 진찰은 FM와 AM 심상에서 (첫째로에서 UHV와 나중에 주위 조건) 설명되었습니다, 그러나 주위 분자 명령이 심상 [9, 10]에서 정확하게 재생된다는 것을 결점의 구상이 반드시 의미하지 않다는 것을 컴퓨터 모의 실험의 결과는 제시했습니다. 이 사실 인정은 원자 가늠자 데이터의 분석에 있는 실험과 이론 사이 포괄적인 상호 작용을 위한 필요를 강조합니다.

참고

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[2] G.C. McGonigal, R.H. Bernhardt, 및 D.J. 톰슨, Appl. Phys. Lett. 1990년, 57, 28.

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[6] T. 그 외 여러분 Fukuma, Appl. Phys. Lett. 2005년, 86, 193108.

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[10] S. Belikov와 S. Magonov, Proc. Amer. Soc., 세인트루이스 2009년, 979를 통제하십시오.

Agilent 기술에 관하여

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근원: Agilent 기술

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Date Added: May 11, 2011 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 07:05

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