Framsteg i Atom- Avbilda Med Hög Upplösning för Styrka (AFM)Microscopy

Täckte Ämnen

Inledning
Beskrivning av Alkanes
Avbilda för AFM av AlkaneLagrar på Grafiten
Avbilda i FÖRMIDDAG- och FM-Funktionslägen
Avslutningar
Hänvisar till
Om Agilent Teknologier

Inledning

Avbilda Med Hög Upplösning har varit det primära särdrag som tilldrar forskare uppmärksamhet till avläsande sondmicroscopy (SPM), yet det finns stilla ett nummer av utstående ifrågasätter angående detta fungerar av scanningen som gräver mikroskop (STM) och atom- styrkamikroskop (AFM). Släkta Några utfärdar, start med att avbilda för AFM av alkanelagrar på grafiten, ska tilltalas här.

Beskrivning av Alkanes

Det normalaalkanes (kemisk formel: CHn2n+2) är linjära molekylar med en preferens- sicksackgestaltning av - grupper2 CH. Deras slutliga - CH-3 grupper är litet större än deras - grupper2 CH, men mer mobil. På omgivande villkorar, alkanes med n=18 och är higher fasta kristaller (den smältande temperaturen av CH1838 är 28° C), med kedjar orienterad praktiskt lodlinje i respekt till det större vänder mot av kristallerna. Kontaktfunktionsläget AFM avbildar av en sådan ytbehandla av en CH-3674 kristall (som bildas av - CH-3 grupper) har avslöjt den periodiska ordningen av dessa grupper [1].

Det long har long varit bekant att på ytbehandla av grafiten som alkanemolekylarna är församlade i lägenhet-att ligga som är lamellar strukturerar i vilket de fullständigt fördjupade molekylarna orienteras längs tre huvudsakliga grafitriktningar (se för att Figurera 1). Detta molekylärt beställer karakteriseras av ett nummer av periodiciteter: 0.13nm som görar mellanslag mellan neighboring kolatoms, 0.25nm som between görar mellanslag - grupper2 CH längs kedja i sicksackgestaltningen, interchain 0.5nm distanserar insida lamellerna och den lamellar bredden - längden av den fördjupade CH-n2n+2 molekylen. Sistnämnden varierar från 2,3 nm för CH1838 till 49,5 nm för CH390782 (den synthesized längsta alkanen).

Figurera 1. Skissa den lamellar visningen, och molekylärt beställa av det normalaalkanen på grafiten.

Avbilda för AFM av AlkaneLagrar på Grafiten

Alkaneadsorbates på grafiten undersöktes först med STM [2]. I sådan experiment sättas in en liten droppe av den genomdränkta alkanelösningen på en grafit ytbehandlar. En metallisk spets tränger igenom denna liten droppe, såväl som en molekylär adsorbate på detfast har kontakt, tills den avkänner en grävaström. På dessa villkorar, spetsen avläser över det beställde molekylära lagrar i den omgående vicinityen av substraten. STM avbildar av det normalaalkanes på grafiten (liksom den reproducerad från [3] och som in framläggas, Figurera 2), visar klart boten specificerar av den molekylära ordningen, liksom lamellar kantar, individen kedjar insida lamellerna, och sicksackgestaltningen av alkanen kedjar.

Figurera 2. STM avbildar av CH-3674 alkanes på grafiten.

I STM som avbildar på detfast, ha kontakt, sonden omges av dengenomdränkte lösningen. Någon ostadighet av avbilda och bruket av lågt ska grävamellanrumsmotstånd orsakar mekanisk skada till alkanen beställer, och sondstyrkarekordet en avbilda av den bakomliggande grafiten. Om mellanrummet ökas igen, beställer alkanen ska återställs tack vare en slå samman av alkanemolekylar. Det är praktiskt omöjligt att erhålla STM avbildar av ”torra” alkanelagrar på grafiten, därför att tillfällig skada till lagrarna är non-som kan repareras.

Studier av torra alkanelagrar på grafiten kan utföras med AFM, men thus långt ”har den STM-” upplösningen av lamellordningen inte uppnåtts. Initialt undersöktes lamellar adsorbates av60122 CH på grafiten i funktionsläge för amplitudmodulering, och att göra mellanslag av 7,6 nm på olikt lamellar hyvlar, och multilayered strukturerar kunde klart ses i resultant avbildar [4]. I frånvaroen av normal för ”de få nanometersna” spänna, dessa strukturerar tidskriften kan användas för X- och Y-Axel kalibrering av bildläsare. Även Om förr använt som a långt för att bevisa avbilda kapaciteterna med hög upplösning av en särskild scanning, sondera mikroskopet, visualization av remsorna 7.6nm är ej längre ansett utmana. I Dag avbildar kapaciteten att erhålla av mindre lamellar strukturerar (e.g., CH med3674 4.5nm som görar mellanslag, CH med1838 2.3nm som görar mellanslag) ger ett bättre mätinstrument av mikroskopkapaciteten, och operatören erfar.

Typisk AFM avbildar av CH1838, CH3674, och CH-60122 lameller på grafiten erhållande med Agilent 5500 ett atom- styrkamikroskop visas in Figurerar 3. Det lamellar kantar lösas klart i dessa avbildar. Beskärningen av kontrasten är skillnaden mellan den effektiva styvheten av det lamellar kärnar ur (- CH2 ordnar), och dess kantar (- CH3 och närliggande - grupper2 CH). Komplex mönstrar av CH-3674 lameller som ses i ”350na som nm” avbildar orsakas av kornen av substraten, såväl som egenheterna av kedja beställer insida lamellerna. I något ta prov förberedelser som är neighboring kedjar skiftas för att förbättra hyser det klumpigt - CH3 avslutar grupper som leder till, kedjar' lutande i respekt till det lamellar kantar. Därför är kan lamellar bredder för individen mindre, än längden av alkanen kedjar.

Figurera 3. AFM avbildar av det normalaalkanes på grafiten erhållande i funktionsläge för amplitudmodulering.

Att Hålla STMEN avbildar i åtanke av det normalaalkanes på grafiten, intresserar den ganska för att spekulera om huruvida sådan upplösning kan uppnås via AFM, endera i kontakt eller oscillatory (amplitudmodulering, frekvensmodulering) funktionslägen. Det har finnas bestämt framsteg härvidlag, som visat av AFM avbildar av tre olika alkanes (CH1838, CH242486 och CH390782) på grafiten erhållande i kontaktfunktionsläge (se Figurerar 4 och 5). Göra mellanslag, som förbinds till lamellerna, och individen kedjar, är discernable i avbilda av CH-1838 lameller (Figurera 4). Sicksacken mönstrar längs den nära packade alkanen kedjar ses i avbilda av ultralongalkanen, CH390782 (Figurera 4). Flera litet vridna lameller avkändes i avbildar av CH242486 (Figurera 5). I ”100na nm” avbilda, hoppar av ett nummer av linjärt orsakadt vid saknad kedjar, eller deras delar är distinguishable. Individalkanen kedjar, som är fördjupade mellan kantar av lamellerna, är också synliga i ”55na som, nm” avbildar.

Figurera 4. AFM avbildar av CH-1838 och CH-390782 lameller på grafiten erhållande i kontaktfunktionsläge.

Figurera 5. AFM avbildar av CH-242486 lameller på grafiten erhållande i kontaktfunktionsläge.

Entäthet avbildar innehålla ett nummer av PIXEL från 1k till 4k måste samlas för att observera att det lamellar kantar och individen kedjar av långa alkanes inom samma avbildar. Sådan avbilda takes tajmar och kräver en instrumentera med low termisk driva. Den visade visualizationen av molekylärt göra mellanslag besegrar till 0,25 nm i erbjudanden för kontaktfunktionsläge hoppas att liknande observationer kan uppnås i oscillatory amplitudmodulering (AM) och oscillatory funktionslägen för frekvens (FM)modulering, när de appliceras i omgivande villkorar eller under flytande. Visualization med upplösning 0.25nm av det molekylärt strukturerar av pentacene har redan uppnåtts i FM-experiment i UHV och på låga temperaturer [5].

Avbilda i FÖRMIDDAG- och FM-Funktionslägen

För ett nummer av år har framsteg i AFM varit i någon del släkt till utvecklingarna och applikationerna av FM-funktionsläget. Denna teknik, som användes ursprungligen i UHV som ett alternativ till FÖRMIDDAGfunktionsläget för upptäckten av, spets-tar prov styrkaväxelverkan och scanning, nu används också för avbilda med hög upplösning luftar in och under flytande. Med Hög Upplösning avbildar av mica, själv-enheter av alkanethiols, och kristaller för polydiacetylene (PDA) har antecknats med att använda för FM-funktionsläge ”som är hemlagat”, ställer in [6, 7]. Dessa strukturerar tidskriften karakteriseras, genom att göra mellanslag mer stor än 0,5 nm. I vissa fall hoppar av har molekylär-fjäll individen observerats. Det Liknande rönet har anmälts som använder FÖRMIDDAGfunktionsläge [8]. Flera med hög upplösning avbildar erhållande i FÖRMIDDAGfunktionsläge med en Agilent, 5500 som det atom- styrkamikroskopet visas in Figurerar 6-8.

Genom Att Använda FÖRMIDDAGfunktionsläge lufta in, ett nummer av molekylär-upplösning avbildar har erhållits av ytbehandla av en PDA-kristall. (Se för att Figurera 6, överträffar rätt), Efter en kristall har kluvits, slätar dess störst atomically vänder mot (med få linjärt hoppar av), är det mest passande för molekylär-fjäll att avbilda. På högre förstoring mönstrar tidskriften att efterapa det crystalline strukturerar av detplant kan erhållas (Figurera 6, den bästa rätten och botten).

Figurera 6. AFM avbildar av en polydiacetylenekristall erhållande i funktionsläge för amplitudmodulering luftar in. En röd rektangel indikerar det crystallographic gallret på detplant av denna kristall.

Detta galler, med ortogonalt göra mellanslag av 0,5 nm (repetitionen distanserar längs c-axeln) och 0,7 nm (halvan av repetitionen distanserar längs b-axeln), avkändes också att använda olika sonder (se för att Figurera 7). Illvilja som likheten av avbilda mönstrar erhållande med olika sonder, avbildar variationer är märkbar. Det finns bestämt en brist av kickupplösning av fina atom--fjäll särdrag. Detta är ett allmänningkännetecken av avbildar erhållande i FÖRMIDDAG, och FM-funktionslägen luftar in och under flytande, var göra mellanslag mer mindre än 0,5 nm lösas dåligt.

Figurera 7. AFM avbildar av en polydiacetylenekristall erhållande i funktionsläge för amplitudmodulering luftar in. Denna sond var olik från den som användes i experiment som gav avbildar visat in Figurerar 6.

Läget är endast litet bättre för avbildar i kontaktfunktionsläge, var förutom visualization av en mica ytbehandla, gallren av MoS, 2 och grafiten kan observeras. Kontaktfunktionsläget avbildar av dessa i lagra material visas in Figurerar 8.

Figurera 8. Top ror: topografi avbildar av tre varvade kristaller erhållande i kontaktAFM-funktionsläge. Topografi drar upp konturernaa av längs dessa avbildar är framlagt direkt nedanfört dem, i en mitt ror. Botten ror: kritiska anmärkningar 3D av det crystallographic ytbehandlar strukturerar av kol, Se och potassiumatoms.

Original avbildar är ganska bullrigt, men de periodiska gallren kan förhöjas via ett FFT-tillvägagångssätt som blytaket för att göra perfekt sexhörnigt mönstrar (inbäddat i det bästa portion av avbildar). Topografitraces längs avbildar är framlagt direkt nedanfört dem; dessa traces visar att ytbehandlakorrugeringsförhöjningen från 40 pm (grafit) till 300 pm (mica). Därför molekylär-fjäll är att avbilda av mica mindre fordra tack vare dess större korrugeringar och interatomic avskiljanden, som visat i 3D skissar av det atom- ytbehandlar strukturerar av kristallerna (Figurera 8, botten ror).

Avslutningar

I summariskt är strömstatusen av atom--fjäll som avbildar i AFM, inte tillfredsställande - det finns rum för mer ytterligare förbättring. Framsteg av avbilda med hög upplösning i FÖRMIDDAG- och FM-funktionslägen är bestämt önskvärt; båda oscillatory funktionslägen kan appliceras till ett mycket mer bred spänner av material (inklusive mjukt anmärker), som jämfört med kontaktfunktionsläget AFM. Framtida framsteg relies på instrument- förbättringar liksom bättre signalera-till-stojar kännetecken, fäller ned termisk driva och förbättrad upptäckt och kontrollerar av spets-tar prov styrkor, såväl som bruket av kor sonderar.

En Andra kritiska utfärdar förbinds till att nå en bättre överenskommelse av naturen av atom--fjäll upplösning i AFM, ett ämne som har varit under diskussion efter den första lyckade visualizationen av atom- och molekylär-fjäll galler i kontaktfunktionsläge. Singelatom--fjäll hoppar av aldrig har praktiskt antecknats i kontaktfunktionsläge. Därför sådan ger avbilda endast gallerupplösning - i kontrast till riktig atom- upplösning, var upptäckten av sådan hoppar av, förväntas. att Avbilda av periodiska galler med hoppar av har visats i FM, och FÖRMIDDAGEN avbildar (först i UHV och mer sistnämnd i omgivande villkorar), men resultaten av datorsimulering har avslöjt att visualization av hoppar av inte betyder nödvändigtvis att omge som är molekylärt beställer reproduceras korrekt i avbildar [9, 10]. Dessa rön betonar ett behov för omfattande samspel mellan experiment och teorin i analysen av atom--fjäll data.

Hänvisar till

[1] W. Stocker o.a., Polym. Tjur. 1991 26, 215-222.

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

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

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

[5] L. Brutto o.a., Vetenskap 2009, 324, 142.

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

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

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

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

[10] S. Belikov och S. Magonov, Proc. Amer. Kontrollera Soc., St Louis, 2009, 979.

Om Agilent Teknologier

Agilent Teknologier som nanotechnology instrumenterar, l5At dig avbilda, behandla och karakterisera en bred variation av nanoscale som uppförande-var elektrisk som var kemisk som var biologisk som var molekylär och som var atom-. Vår växande samling av nanotechnology instrumenterar, tillbehör, programvara, servar, och förbrukningsmaterialer kan avslöja ledtrådar som du behöver att förstå nanoscalevärlden.

Agilent Teknologier erbjuder att en lång räcka av kick-precision atom- styrkamikroskop (AFM) ska möta dina unika forskningbehov. Högt configurable Agilents instrumenterar låter dig utvidga systemets kapaciteter, som dina behov uppstår. Agilents möjliggör bransch-ledande miljötemperatursystem och fluid bruk överlägsen flytande och mjukt avbilda för material. Applikationer inkluderar materiell vetenskap, electrochemistry, polymern och vetenskaperna om olika organismers beskaffenhetapplikationer.

Källa: Agilent Teknologier

För mer information på denna källa behaga besökAgilent Teknologier

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

Last Update: 14. June 2013 07:23

Ask A Question

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

Leave your feedback
Submit