STM og yfirborðssveim

Frímann, Hafdís, Helgi, Ísak og Þorvaldur

Öflugt tæki til að sjá myndir af yfirborði og hvörfum á atóm mælikvarða.

Smugsjá (STM)

Með smugsjá má seilast langt niður fyrir það sem almennt þekkist í öðrum smásjám og ná greinigæði hennar allt niður í 0.01 nm lárétt og 0.001 nm lóðrétt

Dæmigerð breidd atóms er 0.1 nm.

Spenna (mV til nokkur volt) er sett milli málmoddsins og yfirborðsins og rafeindir smjúga á milli

Straumur smugrafeinda er veldislega háður fjarlægðinni milli oddsins og yfirborðsins svo hægt er að kortleggja yfirborðið með því að mæla smugstraum eftir því

Smugsjáin í VR-III Smugsjáin er af bítlagerð og er gerð úr

fjórum stýrifótum.Ytri fætur sjá um gróffærslu odds að sýni (frá nokkrum mm niður í nokkrar atómfjarlægðir)Miðjufótur sér um myndatökur.

Smugsjáin er innan í lofttæmiklefa til að unnt sé að framkvæma rannsóknir á yfirborðum í lofttækmi og ýmsum gastegundum.

Búnaðinn er hægt að kæla niður í -196°C

Færsla adatóma og sameinda á föstu málmyfirborði.◦ Adatóm er atóm sem liggur á kristalyfirborði.

Skoðuð eða stjórnuð með smugsjá. Hraðinn fer eftir:

◦ styrk tengis milli yfirborðs og adatóms.◦ legu yfirborðsgrindar.◦ aðdráttar- og fráhrindikröftum milli atóma í

yfirborðsgrind. Margar tegundir yfirborðssveimar, t.d.

hoppfærsla (jump), atómskipti (atomic exchange) og smugsveim (tunneling diffusion).

Yfirborðssveim (Surface Diffusion)

Algengasta aðferðin. Atóm hoppar yfir á næsta nágranna. Hopphraðinn eykst með hækkandi hitastigi. Hopphraðinn er skilgreindur með jöfnunni:

◦ Γ=ν·e-E/(kB·T)

ν: titringstíðni adatómsins, E: stöðuorkuhindrun sveimar, kB: Boltzmann fastinn, T: hitastig.

Hoppfærsla

Skipti á adatómi og aðlægu atómi úr yfirborðsgrindinni.

Geta bæði verið misleit og einsleit.◦ Misleit: adatóm og yfirborðsatóm sitthvort atómið.◦ Einsleit: adatóm og yfirborðsatóm sama atómið.

Atómskipti

Skammtafræðin leyfir ögn að fara í gegnum vegg.

Auðvelt fyrir léttar agnir, s.s. vetnisatóm og α-eindir.

Hraðinn er nánast óháður hitastigi.

Smugsveim