Прогресс в Воображении Микроскопии Усилия Высок-Разрешения (AFM) Атомном

Покрытые Темы

Введение
Описание Алканов
Воображение AFM Слоев Алкана на Графите
Воображение внутри Режимы AM и FM
Заключения
Справки
О Технологиях Agilent

Введение

воображение Высок-Разрешения основная характеристика которая привлекает внимание исследователей' к просматривая микроскопии зонда (SPM), но все еще несколько выдающих вопросов относительно этой функции микроскопов прокладывать тоннель скеннирования (STM) и атомных микроскопов усилия (AFM). Немного смежных вопросов, старт с воображением AFM алкана наслаивают на графит, будут адресованы здесь.

Описание Алканов

Нормальные алканы (химическая формула: CHn2n+2) молекулы с прямой цепью с преференциальной конформацией зигзага - групп2 CH. Их стержень - группы3 CH немножко большле чем их - группы2 CH, но передвижная. На внешних условиях, алканы с n=18 и более высоко твердые кристаллы (плавя температура CH1838 28° C) с цепями ориентировали практически вертикальное по отношению к более большим сторонам кристаллов. Изображения AFM режима Контакта такой поверхности кристалла3674 CH (которого формирует - групп3 CH) показывали периодическое расположение этих групп [1].

Длиной было знано что на поверхности графита молекулы алкана собраны в плоск-лежа тонкослоистых структурах в которых польностью выдвинутые молекулы ориентированы вдоль 3 главным образом направлений графита (см. Диаграмму 1). Этот молекулярный заказ охарактеризован несколькими периодичностей: 0.13nm дистанционирование между соседскими атомами углерода, дистанционирование 0.25nm - группы2 CH вдоль цепи в расстоянии конформации, interchain 0.5nm внутри ламелл, и тонкослоистой ширины зигзага - длина выдвинутой молекулыn2n+2 CH. Latter меняет от 2,3 nm для CH1838 до 49,5 nm для CH390782 (самого длиннего синтезированного алкана).

Диаграмма 1. Эскиз показывая тонкослоистый и молекулярный заказ нормального алкана на графите.

Воображение AFM Слоев Алкана на Графите

Адсорбаты Алкана на графите сперва были расмотрены с STM [2]. В таких экспериментах, капелька насыщенного разрешения алкана депозирована на поверхности графита. Металлическая подсказка прорезывает эту капельку, так же, как молекулярный адсорбат на поверхность раздела между жидкой и твердой фазами, до тех пор пока она не будет обнаруживать течение прокладывать тоннель. На этих условиях, подсказка просматривает над приказанным молекулярным слоем в непосредственной близости субстрата. Изображения STM нормальных алканов на графите (как одно воспроизвел от [3] и представила в Диаграмме 2) ясно продемонстрируйте точные детали молекулярного расположения, как тонкослоистые края, индивидуальные цепи внутри ламелл, и конформация зигзага цепей алкана.

Диаграмма 2. изображение STM алканов3674 CH на графите.

В воображении STM на поверхность раздела между жидкой и твердой фазами, зонд окружен алкан-насыщенным разрешением. Любая нестабильность воображения и польза низкого сопротивления зазора прокладывать тоннель причинят механическое повреждение к заказу алкана, и зонд мог записать изображение основного графита. Если зазор увеличен снова, то заказ алкана будет восстановленные должными к бассеину молекул алкана. Практически невозможно получить изображения STM «сушит» слои алкана на графите потому что случайное повреждение к слоям неремонтоспособно.

Изучения сухих слоев алкана на графите можно выполнить с AFM, но таким образом значительно разрешение «STM» расположения ламелл не было достигано. Первоначально, тонкослоистые адсорбаты CH60122 на графите были расмотрены в режиме амплитудной модуляции и дистанционирование 7,6 nm на различных тонкослоистых плоскостях и многослойных структурах смогло ясно быть увидено в возникающих изображениях [4]. В отсутствии стандартов для «немногих нанометров» заколебайтесь, эти периодические структуры можно использовать для тарировки X- и Y-osи блоков развертки. Хотя в прошлом использовано как путь доказать возможности воображения высок-разрешения определенной скеннирования зондируйте микроскоп, визуализирование прокладок 7.6nm больше не не рассматривает бросать вызов. Сегодня, способность получить изображения более малых тонкослоистых структур (например, CH с3674 дистанционированием 4.5nm, CH с1838 дистанционированием 2.3nm) обеспечивает более лучший датчик опыта представления и оператора микроскопа.

Типичные изображения AFM ламелл1838 CH,3674 CH, и60122 CH на графите получили с Agilent 5500 атомный микроскоп усилия показан в Диаграмме 3. Тонкослоистые края ясно разрешены в этих изображениях. Начало контраста разница между эффективной жесткостью тонкослоистого сердечника (- последовательности2 CH) и своими краями (- CH3 и рядом - группы2 CH). Сложная картина ламелл3674 CH увиденных в «изображении 350 nm» причинена зернами субстрата так же, как особенностями цепного заказа внутри ламелл. В некоторых подготовках образца, соседские цепи перенесены более лучше для того чтобы приспособить громоздкое - конечные группы3 CH, водя к наклон цепям' по отношению к тонкослоистым краям. Поэтому, индивидуальные тонкослоистые ширины могли быть более малы чем длина цепей алкана.

Диаграмма 3. изображения AFM нормальных алканов на графите полученном в режиме амплитудной модуляции.

Держащ в разуме изображения STM нормальных алканов на графите, довольно интересно спекулировать о ли такого разрешения можно достигнуть через AFM, или в контакте или осцилляционных (амплитудная модуляция, частотная модуляция) режимах. Определенный прогресс в этом уважении, как продемонстрировано изображениями AFM 3 различных алканов (CH1838, CH242486, и CH390782) на графите полученном в режиме контакта (см. Диаграммы 4 и 5). Дистанционирование, которое отнесено к ламеллам и цепям индивидуала, discernable в изображении ламелл1838 CH (Диаграммы 4). Картина зигзага вдоль близко упакованных цепей алкана увидена в изображении алкана ultralong, CH390782 (Диаграмме 4). Несколько немножко переплетенных ламелл были обнаружены в изображениях CH242486 (Диаграммы 5). В «изображении 100 nm», несколько линейных дефектов причиненные пропавшими цепями или их части distinguishable. Индивидуальные цепи алкана, которые продленны между краями ламелл, также видимы в «изображении 55 nm».

Диаграмма 4. изображения AFM ламелл1838 CH и390782 CH на графите полученном в режиме контакта.

Диаграмма 5. изображения AFM ламелл242486 CH на графите полученном в режиме контакта.

High-density изображение содержа несколько пикселов от 1k к 4k необходимо собрать для того чтобы наблюдать тонкослоистыми краями и индивидуальными цепями длинних алканов в пределах такого же изображения. Такое воображение принимает время и требует аппаратуры с низким термальным смещением. Продемонстрированное визуализирование молекулярный размечать вниз до 0,25 nm в режиме контакта предлагает упование что подобных замечаний можно достигнуть в осцилляционной амплитудной модуляции (AM) и осцилляционных режимах частотной модуляции (FM) когда прикладной в внешних условиях или под жидкостью. Визуализирование с разрешением 0.25nm молекулярной структуры pentacene уже было достигано в экспериментах по FM в UHV и на низких температурах [5].

Воображение внутри Режимы AM и FM

На несколько лет, прогресс в AFM в некоторой части отнесенной к развитиям и применениям режима FM. Этот метод, который первоначально был использован в UHV как алтернатива к режиму AM для обнаружения взаимодействий и скеннирования усилия подсказк-образца, теперь также использован для воображения высок-разрешения в воздухе и под жидкостью. изображения Высок-Разрешения слюды, собственн-агрегатов alkanethiols, и кристаллов polydiacetylene (PDA) были записаны с режимом FM используя «домодельные» настроения [6, 7]. Эти периодические структуры охарактеризованы путем размечать больш чем 0,5 nm. В некоторые случаи, наблюдались дефекты молекулярн-маштаба индивидуальные. Были сообщены Подобные заключения используя режим AM [8]. Несколько изображений высок-разрешения получили внутри режим AM с Agilent 5500 атомный микроскоп усилия показан в Диаграммах 6-8.

Использующ режим AM в воздухе, несколько изображений молекулярн-разрешения были получены поверхности кристалла PDA. После Того Как кристалл, своя самая большая атомно ровная сторона (с немногими линейными дефектами) самые соответствующие для воображения молекулярн-маштаба (см. Диаграмму 6, верхнее право). На более высоком увеличении, периодическую картину передразнивая кристаллическое строение bc-плоскости можно получить (Диаграмма 6, верхнее право и дно).

Диаграмма 6. изображения AFM кристалла polydiacetylene полученного в режиме амплитудной модуляции в воздухе. Красный прямоугольник показывает кристаллографическую решетку на bc-плоскости этого кристалла.

Эта решетка, с ортогональным дистанционированием 0,5 nm (расстояния повторения вдоль c-оси) и 0,7 nm (половины расстояния повторения вдоль b-оси), также была обнаружена используя различные зонды (см. Диаграмму 7). Несмотря На сходство картин изображения полученных с различными зондами, изменения изображения заметны. Определенно отсутсвие высокого разрешения точных характеристик атомн-маштаба. Это общяя характеристика полученных изображениями внутри режимов AM и FM в воздухе и под жидкостью, где размечать меньш чем 0,5 nm бедно resolved.

Диаграмма 7. изображения AFM кристалла polydiacetylene полученного в режиме амплитудной модуляции в воздухе. Этот зонд отличил одно используемое в эксперименте который произвел изображения показанные в Диаграмме 6.

Ситуация только немножко более лучшая для изображений в режиме контакта, где в дополнение к визуализированию поверхности слюды, решетками MoS2 и графитом можно наблюдать. Изображения режима Контакта этих наслоенных материалов показаны в Диаграмме 8.

Диаграмма 8. Верхний рядок: изображения топографии 3 наслоили кристаллы полученные в режиме AFM контакта. Контуры Топографии вдоль этих изображений сразу под ими, в среднем рядке. Нижний рядок: представления 3D кристаллографической поверхностной структуры углерода, Se, и атомов калия.

Первоначально изображения довольно шумны, но периодические решетки можно увеличить через процедуру по FFT то водит для того чтобы улучшить шестиугольные картины (врезанные в верхней части изображений). Следы Топографии вдоль изображений сразу под ими; эти следы показывают что поверхностные рифлевания увеличивают от 40 pm (графит) до 300 pm (слюда). Поэтому, воображение молекулярн-маштаба слюды меньше требовать должного к своим более большим рифлеваниям и interatomic разъединениям, как изображено в эскизами 3D атомной поверхностной структуры кристаллов (Диаграммы 8, нижний рядок).

Заключения

В сводке, настоящее состояние воображения атомн-маштаба в AFM не удовлетворительно - комната для более дальнеишего улучшения. Прогресс воображения внутри режимы AM высок-разрешения и FM в частности желательн; оба осцилляционных режима могут быть прикладной к гораздо обширнее ряду материалов (включая мягкие предметы) по сравнению с режимом контакта AFM. Будущий прогресс полагается на целесообразных улучшениях как более лучшие сигнал-шум характеристики, более низкое термальное смещение, и улучшенные обнаружение и управление усилий подсказк-образца, так же, как польза острых зондов.

Другая насущная проблема отнесена к приобретать более лучшее вникание природы разрешения в AFM, темы атомн-маштаба которая под обсуждением с первого успешного визуализирования решеток атомных и молекулярн-маштаба в режиме контакта. Одиночные дефекты атомн-маштаба никогда практически не были записаны в режиме контакта. Поэтому, такое воображение обеспечивает только разрешение решетки - в отличие от истинного атомного разрешения где предположено обнаружение таких дефектов. Воображение периодических решеток с дефектами было продемонстрировано в изображениях FM и AM (во первых в UHV и более поздно в внешних условиях), но результаты имитации компьютера показывали что визуализирование дефектов обязательно не значит что окружающий молекулярный заказ правильно воспроизведен в изображениях [9, 10]. Эти заключения подчеркивают потребность для всестороннего взаимодействия между экспериментом и теорией в анализе данных по атомн-маштаба.

Справки

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

[2] G.C. McGonigal, R.H. Bernhardt, и D.J. Томсон, Appl. Phys. Lett. 1990, 57, 28.

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

[4] S.N. Magonov и N.A. Yerina, Langmuir 2003, 19, 500-504.

[5] L. Растите et al., Наука 2009, 324, 142.

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

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

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

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

[10] S. Belikov и S. Magonov, Proc. Amer. Контролируйте SOC., Сент-Луис, 2009, 979.

О Технологиях Agilent

Аппаратуры нанотехнологии Технологий Agilent препятствуют вам изображение, манипулируют, и характеризуют большое разнообразие nanoscale поведени-электрическое, химическое, биологическое, молекулярное, и атомное. Наше растущее собрание аппаратур, вспомогательного оборудования, ПО, обслуживаний и потребляемых веществ нанотехнологии может показать ключи вам нужно понять мир nanoscale.

Технологии Agilent предлагают широкий диапазон высокоточных атомных микроскопов усилия (AFM) для того чтобы отвечать ваши уникально потребностямы исследования. Аппаратуры Agilent сильно конфигурируемые позволяют вам расширить возможности системы по мере того как ваши потребности происходят. Системы температуры Agilent ведущие в отрасли относящие к окружающей среде и жидкий регулировать включают главную жидкость и мягкое воображение материалов. Применения включают материальную науку, электрохимию, полимер и применения наук о жизни.

Источник: Технологии Agilent

Для больше информации на этом источнике пожалуйста посетите Технологии Agilent

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

Last Update: 14. June 2013 07:17

Ask A Question

Do you have a question you'd like to ask regarding this article?

Leave your feedback
Submit