تاريخ الفيزياء
علماء الفيزياء
الفيزياء الكلاسيكية
الميكانيك
الديناميكا الحرارية
الكهربائية والمغناطيسية
الكهربائية
المغناطيسية
الكهرومغناطيسية
علم البصريات
تاريخ علم البصريات
الضوء
مواضيع عامة في علم البصريات
الصوت
الفيزياء الحديثة
النظرية النسبية
النظرية النسبية الخاصة
النظرية النسبية العامة
مواضيع عامة في النظرية النسبية
ميكانيكا الكم
الفيزياء الذرية
الفيزياء الجزيئية
الفيزياء النووية
مواضيع عامة في الفيزياء النووية
النشاط الاشعاعي
فيزياء الحالة الصلبة
الموصلات
أشباه الموصلات
العوازل
مواضيع عامة في الفيزياء الصلبة
فيزياء الجوامد
الليزر
أنواع الليزر
بعض تطبيقات الليزر
مواضيع عامة في الليزر
علم الفلك
تاريخ وعلماء علم الفلك
الثقوب السوداء
المجموعة الشمسية
الشمس
كوكب عطارد
كوكب الزهرة
كوكب الأرض
كوكب المريخ
كوكب المشتري
كوكب زحل
كوكب أورانوس
كوكب نبتون
كوكب بلوتو
القمر
كواكب ومواضيع اخرى
مواضيع عامة في علم الفلك
النجوم
البلازما
الألكترونيات
خواص المادة
الطاقة البديلة
الطاقة الشمسية
مواضيع عامة في الطاقة البديلة
المد والجزر
فيزياء الجسيمات
الفيزياء والعلوم الأخرى
الفيزياء الكيميائية
الفيزياء الرياضية
الفيزياء الحيوية
الفيزياء العامة
مواضيع عامة في الفيزياء
تجارب فيزيائية
مصطلحات وتعاريف فيزيائية
وحدات القياس الفيزيائية
طرائف الفيزياء
مواضيع اخرى
طريقة عمل جهاز (STM)
المؤلف:
أ.د. محمود محمد سليم صالح
المصدر:
تقنية النانو وعصر علمي جديد
الجزء والصفحة:
ص83–86
2023-07-25
1896
في البداية يطبق فرق جهد على المجس الماسح؛ ليتحرك عموديا في اتجاه سطح العينة، وعندما يصبح على بعد مسافة صغيرة جدًّا من سطح العينة يتوقف المجسّ. ثم تبدأ بعد ذلك مرحلة التحكم الدقيق في حركة المجس في الأبعاد الثلاثة، وذلك بالقرب من العينة ويستخدم بيزو إلكترك؛ للحفاظ على ثبات المسافة بين المجسّ والعينة، وذلك في حدود 4 إلى 7 إنجسترومات. وفي هذه الحالة يعمل فرق الجهد على دفع الإلكترونات إلى التحرك النفقي بين رأس المجسّ والعينة (انظر: الشكل رقم 25)؛ فينتج عنه تيار نفقي يمكن قياسه. وعندما يبدأ التيار النفقي بالسريان، يمكن أن يتغير موضع رأس المجس لسطح العينة، ثمّ ترصد التغيرات في التيار النفقي الناتج فإذا تحرك رأس المجس عبر العينة في المستوى x-y، فإنّ التغيرات التي في ارتفاع السطح وكثافته تحدث تغيرات في التيار النفقي، وهذه التغيرات ترصد ثمّ ترسم على شكل صورة. ويمكن أن تتم عملية رسم الصورة، إما بقياس التغيرات في التيار النفقي لسطح العينة عند ارتفاع ثابت بين رأس المجسّ والعينة وإما أن تتم برصد التغير في ارتفاع Z عند جعل التيار النفقي ثابتاً عبر تغير ارتفاع رأس المجس لسطح العينة. وهذان النمطان من أنماط التشغيل يعرفان باسم نمط الارتفاع الثابت (constant height mode)، أو نمط التيار النفقي الثابت.
ويلحظ في نمط التيار الثابت إعادة ضبط أجهزة التغذية العكسية الإلكترونية ارتفاع رأس المجس بتعديل قيمة الجهد على البيزروالكتريك الذي يتحكم في الارتفاع. وهذا يؤدي إلى الحصول على تغيرات في الارتفاع. والصورة التي نحصل عليها من رأس المجس تمثل صورة تضاريس سطح العينة، وتعطي كثافة شحنة سطحية ثابتة ومن ثم فإنّ التباين في الصورة ناجم عن التغيرات في كثافة الشحنة وكذلك في نمط الارتفاع الثابت يثبت فرق الجهد والارتفاع، في حين تقاس التغيرات في التيار النفقي أثناء مسح رأس المجس سطح العينة؛ وهذا يؤدي إلى الحصول على صورة التغيرات في التيار النفقي على السطح، والتي ترتبط بكثافة الشحنة.
وكل الصور التي نحصل عليها عن طريق جهاز المسح النفقي تمثل صورًا بتدرجات رمادية. وللحصول على صورة ملونة لا بد من استخدام برامج حاسوبية؛ لإبراز الميزات المهمة المراد إظهارها في الصورة.
شكل رقم (25) مسح المجس سطح العينة على المستوى الذري في جهاز (STM) (24).
ومما يجد ذكره في عملية مسح سطح العينة، أن المعلومات التي ترصد بواسطة الأجهزة الإلكترونية تكون دالة على موضع سطح العينة، وعند كل موضع من مواضع سطح العينة يحدث تغير في الجهد الكهربي، ثم يتبعه تغير في التيار. وهذه القياسات تعرف باسم طيف المسح النفقي (scanning tunneling spectroscopy)، كما تعرف اختصارًا بـ (STS)، وتنتج عنها مخططات توضح كثافة المستويات، وتكون دالة على الطاقة داخل العينة. وتتميز تقنية (STM) عن أجهزة قياس كثافة المستويات الأولى في قدرتها على أخذ قياسات موضعية على نحو دقيق، فعلى سبيل المثال لا الحصر: يمكن قياس كثافة المستويات في موضع توجد فيه شوائب في العينة، ومن ثم مقارنتها بموضع آخر لا توجد فيه شوائب على سطح العينة نفسه.
شكل (26) صورة لسطح من الذهب مأخوذة بواسطة المجهر الإلكتروني الماسح (STM) توضح كيفية التفاف الذرات الفردية مكونة السطح (92).
وهناك مجاهر كثيرة طوّرت اعتمادًا على فكرة عمل الميكروسكوب النفقي. ومنها: ميكروسكوب الماسح الفتوني (Photon Scanning Microscopy) الذي يعرف اختصارا بـ (PSTM)، ويجد فيه مجسّ ضوئي يشكل النفق الذي تنتقل عبره الفوتونات. وهناك ميكروسكوب الجهد النفقي الماسح (Scanning Tunneling Potentiometry) الذي يعرف اختصارا بـ STP، ويقيس الجهد الكهربي عبر العينة. وهناك أيضًا ميكروسكوب غزل الاستقطاب النفقي الماسح
(Spin Polarized Scanning Tunneling Microscopy) الذي يعرف اختصارا بـ (PSTM)، ويستخدم مجسًا فيرومغناطيسيا؛ ليعمل كنفق للإلكترونيات المغزلية المستقطبة في المجال المغناطيسي للعينة. كما يوجد ميكروسكوب القوة الذرية (Atomic Force Microscope) الذي يعرف اختصارًا بـ AFM، وتقاس فيه القوة الناتجة عن التفاعل بين المجس وسطح العينة على المستوى الذري.
_____________________________________________
هوامش
(24) الاسكندراني؛ محمد شريف. تكنولوجيا النانو من اجل غد أفضل. الكويت: عالم المعرفة (ابريل 2010 م).
(92) www.ShutterStock.com
المكياج بلا حدود.. ظاهرة متنامية تُقلق القيم وتُنهك الذات
جاهزية الاستعداد لشهر رمضان
إستعراض موجز لحياة السيدة زينب الكبرى
