Атомные манипуляции с помощью СТМ
Идеальный процесс создания наноструктур – это сборка нужной структуры атом за атомом. Именно так предлагал Ричард Фейнман (Richard Feynman) в своей основополагающей статье 1960 года [26]. С развитием сканирующей туннельной микроскопии (СТМ) эта невероятная перспектива стала реальностью. В настоящее время среди различных подходов СТМ показала себя, как наиболее простой и удобный метод манипулирования атомами. Еще одно важное преимущество СТМ заключается в том, что и атомные манипуляции, и получение изображений поверхности с атомным разрешением производится с помощью одного и того же прибора. Таким образом, возникает возможность осмотреть поверхность, выбрать место или интересующий нас объект, провести необходимые манипуляции, а затем проверить результат. Значение изобретения сканирующего туннельного микроскопа сотрудниками швейцарского отделения компании IBM Г. Биннигом (G. Binnig) и Г. Рорером (H. Rohrer) трудно переоценить. За это изобретение они в 1986 году были удостоены Нобелевской премии, однако и до настоящего времени все возможности СТМ не до конца осознаются многими физиками и химиками. Общей чертой всех сканирующих зондовых микроскопов (определяющей их название) является наличие микроскопического зонда, который приводится в контакт (не всегда речь идет о механическом контакте) с исследуемой поверхностью и, в процессе сканирования, перемещается по некоторому участку поверхности заданного размера. Процесс сканирования осуществляется при помощи пьезокерамического манипулятора (или системы манипуляторов). Зонд движется последовательно, строка за строкой, вдоль поверхности (изменяются координаты X и Y). Для оцифровки данных участок сканирования разбивается на N строк, а каждая строка на M точек, таким образом, положение иглы в плоскости XY описывается двумя координатами Xi, Yj из множества { X i, Yj } N × M точек (обычно выбирают N = M). Результатом работы сканирующего зондового микроскопа является установление соответствия между каждой парой координат из множества { X i, Yj } и некоторым числовым значением (или рядом значений), характеризующим анализируемый параметр поверхности (или ряд параметров). В сканирующем туннельном микроскопе взаимодействие зонда и поверхности проявляется в протекании постоянного тока в туннельном зазоре между ними. В работах, в которых использовался подход СТМ, была продемонстрирована возможность различных атомных манипуляций. В качестве основных атомных манипуляций можно указать следующие: · Удаление атома с поверхности (рис. 5.3, а) · Осаждение атома с иглы СТМ на поверхность (рис. 5.3, б) · Латеральное перемещение атома по поверхности (рис. 5.3, в) В следующих пунктах рассмотрим каждый вид манипуляций более детально.
Рис. 5.3. Схематическая диаграмма, иллюстрирующая основные типы атомных манипуляций с помощью СТМ: а – СТМ вызывает перемещение атома вдоль поверхности; б – атом удаляется с поверхности и переносится на иглу СТМ; в – атом с иглы СТМ осаждается на поверхность
|
