О моделировании формы зонда и механизма его взаимодействия с образцом
В работе [99] утверждается, что можно получать зонды с заданной электронной структурой. Для этого используются ориентированные монокристаллические иглы. Исследуется возможность контроля электронной и атомной структуры зонда.
В работе сделаны выводы о возможности контроля орбитальной структуры зонда при использовании таких игл. Величина туннельного зазора и электронная орбитальная структура зонда влияют на результаты исследований при работе в атомарном разрешении на сканирующем туннельном микроскопе [100]. Один из методов контроля вклада электронных орбиталей атома острия - это использование зондов с заданной электронной структурой. В данной работе были использованы алмазные и вольфрамовые зонды с известной структурой острия. Исследования проводились на поверхностях графита, карбида кремния и силицида гадолиния. Например, для наноструктурированного графена на поверхности SzC(OOl) показано, что максимальное разрешение получается при использовании зондов с ориентацией острия (110), плотность электронных состояний которого сохраняется даже при небольших промежутках туннельного зазора.Импульсом напряжения возможно изменить морфологию поверхности образца, о чём говорится в работах [16] и [101]. Такая модификация объясняется расширением и удлинением зонда при его нагревании. Данная зависимость между характеристиками материала острия и величиной порогового напряжения говорит о том, что присутствует контакт между образцом и иглой из-за термического расширения острия вследствие протекающего тока в системе острие - образец.
В отличие от туннельной микроскопии в атомно-силовой наличие контакта зонда и поверхности образца является нормой. В работе [22] моделируется взаимодействие зонда с полимерной поверхностью с учётом сил Ван-дер-Ваальса и поверхностного натяжения. Авторами получены аналитические формулы, связывающие эти силы с глубиной вдавливания щупа и его геометрией.
Для получения достоверных результатов очень важно делать калибровку сканирующих электронных микроскопов [102].
В работе описаны некоторые методы для калибровки. Один из них, например, использует измерения диаметра электронного пучка посредством меры МТТТПС-2.0К. Это пластина кремния с топологическим рисунком в виде набора структур рельефа поверхности. Для калибровки сканирующих зондовых микроскопов используют расстояние в направлении сканирования между контрольными точками. Такие точки не зависят от эффективного диаметра зонда. Для того чтобы откалибровать диаметр зонда, могут использоваться и сферические наночастицы (как правило, наночастицы благородных металлов), которые располагаются на поверхности кремния или углерода. Этот метод использует критерий Рэлея и заключается в том, чтобы две соседние точки имели явный перепад, но не превышающий 75%-го максимума сигнала от каждого пика. Для такого выступа и электронного пучка с гауссовым распределением плотности не трудно рассчитать диаметр этого пучка. Сначала получают изображение грани, а потом отмечают уровни, которые соответствуют 25% и 75% контраста. Проекция на ось абсцисс расстояния между данными точками и будет эффективным диаметром электронного пучка. Таким образом, авторами сделан вывод о перспективности применения сферических наночастиц металлов для калибровки сканирующих зондовых микроскопов.Авторами работы [103] было проделано детальное теоретическое исследование структуры одноатомного магнитного контакта, а также его электрических и магнитных свойств. Для изучения применялся метод функционала плотности и метод многократного рассеяния. В основном изучался контакт меди и кобальта. Исследование контакта зонд - образец происходило в туннельном и контактном режиме. Было продемонстрировано, что атомная структура зонда и позиция адатомов на поверхности значительно зависят от дистанции зонд - образец. Авторами найдено, что при расстоянии от зонда до поверхности около 4 А происходит изменение в спин-поляризационной локальной плотности состояния адатомов кобальта и подавление их магнитных моментов.
В [104] методом сканирующей туннельной микроскопии в атомном разрешении изучалась поверхность графита зондами из монокристаллического вольфрама.
Изучение производилось методом функционала плотности. Измерения показывают, что можно контролировать процесс выбора зонда с определённым типом электронных орбиталей для сканирования в высоком разрешении. Это подтверждается экспериментальными снимками формы 5dxz yzи 5d 2_ 2атомных орбиталей вольфрама. Полученные данные демонстрируют, что применение ориентированных монокристаллических зондов может предоставлять возможности для дальнейшего контроля пространственного разрешения и, как следствие, расширение возможностей сканирующего туннельного микроскопа. При сканировании в высоком разрешении зонд, который прекрасно подходит для работы на одной поверхности, не всегда идеален для другой поверхности вследствие необходимости применять различное напряжение смещения.Наиболее распространённым веществом для изготовления зондов является вольфрам, однако из-за того что изготовление зондов из вольфрама сопряжено с определёнными трудностями, которые негативно сказываются на острие, такие зонды не обеспечивают возможностей получения снимков с атомарным разрешением [105]. Поэтому прибегают к использованию платины для изготовления зондов, инертность которой позволяет получать абсолютно чистые концы зондов. При изготовлении таких игл целесообразно прибегнуть к механическому методу. В [105] разработана схема моделирования формирования платиновой иглы методом молекулярной динамики.
Моделирование контакта зонд - образец проводилось и в [106]. В работе было решено дифференциальное уравнение второго порядка методом Рунге -Кутты. В режиме кратковременного контакта проводился расчёт силы взаимодействия зонда с образцом относительно амплитуды колебаний, жёсткости, добротности зонда и начальной амплитуды колебаний. Автором работы была получена зависимость изменения резонансной частоты от расстояния зонд - образец.
Еще по теме О моделировании формы зонда и механизма его взаимодействия с образцом:
- Компьютерное моделирование процесса взаимодействия зонда силового туннельного микроскопа с образцом на примере системы медь (зонд) - золото (образец)
- О проведении компьютерного эксперимента по моделированию взаимодействия зонда сканирующего микроскопа с образцом и оценка размерного и температурного диапазона для штатного функционирования
- 2.1. Сущность механизма взаимодействия армии и системы политической власти и особенности его функционирования в правовом государстве
- 59. Конфликт как вид социально-психологического взаимодействия, формы и этапы его разрешения
- Б. Моделирование механизма ситуации.
- Моделирование механизма совершения преступления
- О применении потенциала Гупта для описания межмолекулярного взаимодействия между зондом и образцом
- § 2. Механизм взаимодействия TC при столкновении
- 3.4.1. Структура механизма государства. Государственные органы, их виды 3.4.1.1. Механизм государства:понятие, признаки, принципы его построения и деятельности
- Формы педагогического взаимодействия
- § 3. Основные компоненты рынка труда и механизм их взаимодействия
- Изготовление зонда
- Физическое моделирование формы огибающей кривой свободной поверхности воронки
- 3. Взаимодействие и скорость его распространения
- § 1.3. Административно-правовые формы и методы взаимодействия полиции с институтами гражданского общества.
- 3.3. Формы педагогического взаимодействия при решении образовательных, развивающих и воспитательных задач
- Глава 6. Формы взаимодействия участников страхования