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Yannick Bremond 1 Molecular Modelling SS 2002 Raster-Tunnel-Mikroskopie (RTM) S canning T unneling M icroscopy (STM) Yannick Bremond.

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1 Yannick Bremond 1 Molecular Modelling SS 2002 Raster-Tunnel-Mikroskopie (RTM) S canning T unneling M icroscopy (STM) Yannick Bremond

2 Yannick Bremond 2 Inhaltsverzeichnis Einleitung Prinzip des Rastertunnelmikroskop Bändermodell Tunneleffekt an der Rechteckbarriere Tunnelstrom Messmodus Steuerung Piezoelektrischer Effekt Vorteile/Nachteile Molecular Moddeling

3 Yannick Bremond Quelle:http://hrst.mit.edu/hrs/materials/public/Binnig&Rohrer.htm 3 Molecular Moddeling Einleitung Heinrich Rohrer, geboren 1933 in Sankt Gallen 1955 Diplom in Physik an der ETH Zürich 1960 Dissertation über Supraleitung, ETH Postdoktorand, Rutgers University, New Brunswick, N.J Anstellung im IBM Forchungslabor 1986 Nobelpreis der Physik mit Gerd Binning und E.Ruska für die Erfindung des RTM Gerd Binning, geboren 1947 ihn Frankfurt am Main 1978 Anstellung im IBM Forschungslabor 1986 Nobelpreis der Physik mit H. Rohrer und E.Ruska für die Erfindung des RTM

4 Yannick Bremond Quelle:http://2piweb.physik.rwth-aachen.de/prak/anleit/vers208.pdf 4 Prinzip des Rastertunnelmikroskop Molecular Moddeling

5 Yannick Bremond Quelle:Paul A.Typpler;Physik;Spectrum-Verlag;s Bändermodell Molecular Moddeling W A = Austrittsarbeit ~5eV E F = die Energie, bei der die Wahrscheinlichkeit, dass der betreffende Zustand besetzt ist, ½ beträgt U = Spannung zwischen Sonde und Probe ~10mV

6 Yannick Bremond Quelle:Paul A.Typpler;Physik;Spectrum-Verlag;s Tunneleffekt an der Rechteckbarriere Molecular Moddeling Rechteckiger Potentialwall;Darstellung einer Wellenfunktion an einer Eindimensionalen Tunnelbarriere (1) (2) Reflexion E < V 0 klassische Physik Tunnelprozeß E < V 0 Quantenmechanik Ein Teilchen kann mit endlicher Wahrscheinlichkeit eine Potentialbarriere überwinden. Schrödinger-Gleichung

7 Yannick Bremond Quelle:www.e-technik.uni-dortmund.de,www.ifp.uni-bremen.de 7 Tunneleffekt an der Rechteckbarriere Molecular Moddeling Die Zeitunabhängige Schrödinger-Gleichung löst man in die 3 Bereiche x d mit dem Ansatz einer von links einlaufenden Welle, deren Amplitude exponentiell abklingt. Die Lösung lautet dann: A, B und C ergeben sich aus der Stetigkeit der Wellenfunktion und ihrer Ableitung an den Übergängen und. Durch Vereinfachung der Wellenfunktion im eindimensionalen Raum ergibt eine Lösung der Schrödinger-Gleichung eine Durchlasswahrscheinlichkeit D.

8 Yannick Bremond Quelle:monet.physik.unibas.ch/www.physik.uni-erlangen.de 8 Molecular Moddeling Tunnelstrom Schon zu Beginn der Quantenmechanik wurde ein Tunneleffekt vorausgesagt. Zwischen zwei Metallen, die durch Vakuum oder ein Oxid getrennt sind, fließt ein Tunnelstrom. I: Tunnelstrom U: Extern angelegte Spannung s: Distanz zwischen Probe und Spitze : Barrierenhöhe Austrittsarbeit von Metall 1 zu Metall 2 f Der Tunnelstrom hängt exponentiell vom Abstand s ab. Für typische Austrittsarbeiten ~ 4,5eV ändert sich der Strom um eine Größenordnung,wenn die Distanz um 1 variiert.

9 Yannick Bremond Quelle://www.chemie.uni-oldenburg.de/pc/al-shamery/pc-fpraktikum/v11.pdf 9 Messmodus Molecular Moddeling Abrastern entlang der z-Achse mit dem Piezo-Element Die Änderung des Tunnelstroms, also der lokalen Leitfähigkeit gibt Auskunft über die Oberflächentopographie geeignet für feine Oberflächen z.B. Graphit Ergebnis: Strombild a) Constant Heigt Imagine CHI b) Constant Current Topographie CCT Konstante Strommessung Messen des Abstandes über die Spannung am Piezo-Element Ergebnis: Konstantstromtopographie, Höhenpeaks

10 Yannick Bremond Quelle:http://www.chemie.uni-oldenburg.de/pc/al-shamery/pc-fpraktikum/v11.pdf 10 Steuerung Molecular Moddeling Durch das Anlegen einer Spannung entsteht zwischen Probe und Spitze ein Tunnelstrom, der exponentiell vom Abstand abhängt. Bei geringen Änderungen der Z-Achse folgen große Änderungen in I T.

11 Yannick Bremond Quelle:www.monet.physik.unibas.ch 11 Piezoelektrischer Effekt Molecular Moddeling x y z Piezoelektrische Rasterelemente, engl. Piezoelectric scanner, beruhen auf dem transversalen piezoelektrischen Effekt, der Kristall dehnt sich überwiegend senkrecht zum angelegten elektrischen Feld aus: : elektrisches Feld, L: länge, ΔL: Längenänderung d 31: transversaler piezoelektrischer Koeffizient L Durch Anlegen verschiedener Spannungen wird die Längenänderung beeinflusst. Constant Heigt Imagine CHI - über zwei elektroden, x-y Ebene Constant Current Topographie CCT - über vier Elekroden, x-y-z Ebene Δlz U CHI U CCl Als Matrerial werden Keramiken wie PZT (Blei Zirkon Titanat) verwendet. Das Zirkon/Titan Verhältnis bewirkt eine Veränderung der Curietemperatur und der piezoelektrischen Koeffizienten.

12 Yannick Bremond 12 Molecular Moddeling Vorteile/Nachteile Vorteile am besten geeignetes System zur Abbildung von Atomen sehr kompakt und praktisch zu handhaben relativ kostengünstig im Vergleich zu TEMs und REMs kein Vakuum erforderlich! Nachteile untersuchtes Präparat muss elektrisch leitend sein, um die zum Tunneln nötige Spannung zu gewährleisten äußerst erschütterungsempfindlich!

13 Yannick Bremond 13 Molecular Moddeling Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit und ein schönes Wochenende


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