موضوع مقاله : تجهیزات

عنوان مقاله : اندازه‌گیری هدایت تک‌ مولکول به روش اتصال- شکست در میکروسکوپ تونل‌زنی روبشی

اندازه‌گیری هدایت تک‌ مولکول به روش اتصال- شکست در میکروسکوپ تونل‌زنی روبشی

تاریخ : 1396/02/13تعداد بازدید : 291

میکروسکوپهای پروبی روبشی یکی از ابزارهای با ارزش در شناسایی مواد به شمار می‌روند. در این سری میکروسکوپها، سطح نمونه به‌وسیله یک سوزن نوک تیز روبش می‌شود. این میکروسکوپ به دلیل ابعاد بسیار کوچک سوزن، می‌تواند کوچک ترین پستی و بلندی موجود در سطح را (در حد نانومتر) حس نماید. سازوکار ثبت اطلاعات در این میکروسکوپها متفاوت است و برحسب نیروهای برهم‌کنش بین سوزن- سطح و بررسی میزان انحراف پرتو لیزر از پشت تیرک و تغییرات نور بازتابی یا ثبت تغییرات جریان تونلی هنگام بررسی خاصیت الکتریکی اجسام متفاوت است و در حالت‌های میکروسکوپ نیروی اتمی یا میکروسکوپ تونل‌زنی روبشی کار می‌کند.
میکروسکوپ تونل‌زنی روبشی برای بررسی ساختار و برخی خواص سطوح مواد رسانا و لایه‌های نازک نارسانا که روی زیرلایه رسانای با ضخامت در ابعاد نانومتری قرار گرفته‌اند، به‌کار می‌رود.
در این میکروسکوپ هرگاه فاصله سوزن تیز رسانا به یک سطح رسانا بسیار نزدیک و در حد چند آنگستروم باشد و بین آن دو اختلاف ولتاژی به بزرگی چند ده‌ میلی‌ولت برقرار شود، جریان الکتریکی برحسب نانوآمپر بین سوزن و سطح برقرار می‌شود. این پدیده تونل‌زنی نام دارد که براساس مکانیک کوانتومی روی می‌دهد و در آن الکترونها، هنگام انتقال از سوزن به سطح و برعکس از ناحیه بین سوزن و سطح می‌گذرند.
مقدار جریان تونلی، تابع فاصله سوزن از سطح، شکل و جنس سوزن، هندسه و جنس سطح و اختلاف ولتاژ بین سوزن و سطح است. در میکروسکوپ STM سوزن رسانای تیز به بازوهای پیزوالکتریکی متصل بوده که به‌وسیله آنها سوزن با فاصله دلخواه، به نقطه موردنظر روی سطح منتقل می‌شود و بدین ترتیب، امکان بررسی خواص آن نقطه از سطح فراهم می‌شود.
میکروسکوپ تونل‌زنی روبشی، علاوه‌بر امکان تهیه تصاویر توپوگرافی سطح، تعیین خواص الکتریکی مواد، مشاهده نقایص سطح، تعیین اندازه و آرایش مولکولی مواد، اندازه‌گیری تابع کار نقاط مختلف سطح، چگالی حالات انرژی در نقاط مختلف سطح، ترازهای ارتعاشی نقاط مختلف سطح، دارای قابلیت‌های دیگری نظیر دستکاری اتمی، امکان نمایش ساختار الکترونی سطوح، امکان انداز‌ه‌گیری موضعی جریان تونلی برحسب بایاس نمونه- سوزن، ترسیم منحنی (I-V) و انداز‌ه‌گیری میزان هدایت تونلی (dI/dV)، امکان بررسی تغییرات خواص الکتریکی نانومواد به‌دلیل حساسیت بسیار زیاد به تغییرات دانسیته ترازهای نمونه در مقیاس اتمی، امکان بررسی دانسیته موضعی ترازهای الکترونی روی سطوح در مقیاس اتمی و اندازه‌گیری هدایت مولکولی است.
بنابراین، میکروسکوپ تونل‌زنی روبشی به دلیل توانایی تصویربرداری از تک مولکولهای جذب شده در بستر هادی با وضوح زیرمولکولی، نقش منحصربه ‌فردی در زمینه الکترونیک مولکولی داشته است. به‌علاوه این روش می‌تواند برای دستکاری اتم‌ها و مولکول‌ها در سطح نیز مورد استفاده قرار گیرد. روش میکروسکوپی نیروی اتمی نیز روش تقریباً مشابهی است. اگر چه روش AFM به طور معمول از توان تفکیک پایین‌تری نسبت به روش STM برخوردار است، ولی می‌تواند خصوصیات الکتریکی و مکانیکی مولکولها را با استفاده از سوزن هادی اندازه‌گیری نماید. تاکنون از روش‌های STM و AFM برای به‌تصویر کشاندن بسیاری از پدیده‌های مهم در الکترونیک مولکولی استفاده شده است.
استفاده از تک مولکول‌ها به عنوان قطعات ساختار دستگاه‌های الکترونیکی، هدف نهایی الکترونیک مولکولی است. با این حال، اندازه‌گیری، درک و دستکاری انتقال بار از طریق مولکول‌های متصل به نانوالکترود همچنان کار دشواری است. در حالی که شیمیدان‌ها قادر به سنتز مولکول‌هایی با خواص شگفت‌انگیز الکترونیکی، نوری، مغناطیسی، ترموالکتریکی یا الکترومکانیکی بوده و دستگاه‌های الکترونیکی با قابلیت‌های جدید ارائه می‌دهند، تلفیق و استفاده از دستگاه‌های تک مولکولی به‌عنوان مشکل اصلی «الکترونیک مولکولی» باقی می‌ماند. انجام نقل و انتقالات الکترونی از طریق یک مولکول، نه تنها به خواص ذاتی آن، بلکه به جزئیات و ویژگی‌های تماس و محیط آن نیز بستگی دارد.

جهت دریافت نسخه کامل مقاله فایل پیوست را دریافت کنید.

میکروسکوپ تونل‌زنی روبشی