Blog

Elektron Yaklaşımı 
Elektron Yaklaşımı  Bu yöntem bugün neredeyse her son teknoloji ürünü DFT koduna dahil edilmiştir. Mevcut simülasyon yöntemlerinin, özellikle deneyler ve teori arasındaki niceliksel karşılaştırmalara ilişkin olarak genişlemesine rağmen, STM teorisinin ana yapısı olmaya devam ediyor. Bu yöntemde, tünelleme akımı, STM ucunun konumundaki durumların yerel yoğunluğuyla orantılıdır. Burada I tünelleme akımı, En kristal elektronların öz durumları, EF Fermi seviyesi, Vbias ön gerilim ve n elektron yoğunluğudur. Birçok standart durumda, örneğin moleküler adsorpsiyon veya yüzey rekonstrüksiyon araştırmalarında, model, genellikle gözlemlenen dalgalanma değerlerini yeniden üretmese de, yüzey topografyasının güvenilir bir nitel resmini sağlar. Kolay modelleme: Tersoff-Hamann modelini uygulama Deneysel görüntülerin ince özelliklerini bile aydınlatmak için kullanılan, Bardeen yöntemiyle ilk ilkelerden tünelleme akımlarını hesaplamaya yönelik sayısal yöntemler zaten oldukça ilerlemiştir (aşağıdaki bölümlere bakın). Bununla birlikte, pratik bir bakış açısıyla, oldukça zahmetli ve dolayısıyla çok zaman alan model hesaplamaları olmaksızın deneylerin anlaşılması sıklıkla istenir. Prensip olarak, yalnızca analiz edilen yüzeyin elektronik yapısını temel alan TH modeli, işte bu kadar kolay bir yöntem sağlar. Özellikle, DFT'deki gelişmiş kodlar genellikle sabit yoğunluklu konturları hesaplamak için bir arayüzle birlikte geldiğinden, simüle edilmiş görüntüler basit bir şekilde hesaplanabilir. Bu bağlamda, yöntemin güvenilir olduğu sınırlar belirlenmeye ve belirli bir tünel açma akımına kabaca karşılık gelen yoğunluk konturu değeri tahmin edilmeye çalışılır. Akımları hesaplamak için Bardeen yöntemi, birazdan göstereceğimiz uygun yaklaşımlarla basitleştirilirse, bu hedeflerin her ikisine de ulaşılabilir. TH modelinin güvenilirliği ile ilgili olarak aşağıdaki kriterler yeterli görünmektedir: • Yüzey ve uç arasında önemli kimyasal etkileşimler yoktur. Uç-numune ayrımının deneysel ölçüsü, uygulanan öngerilim gerilimi ve tünelleme akımı R = Vbias/I oranı tarafından verilen tünel açma direnci R, farklı sistemler ve deneysel koşullar için büyük ölçüde farklılık gösterdiğinden, bu koşulu ölçmek önemsiz değildir. . Metal yüzeylerde mesafe 5–6 ̊A'den büyük olmalıdır. Bu, ortam ortamı ve çok düşük öngerilim voltajları (80 meV'den az) için 10–100 MΩ'luk bir tünelleme direnci R'ye karşılık gelir. Bu tahmine sıcaklık girer, çünkü geçiş yapan elektronların termal ortamı, elastik tünelleme koşulu altında bile önemli ölçüde daha yüksek sayıda nihai duruma ulaşmalarına izin verir: ortam koşulları altında, başlangıç ve son durumlar arasındaki enerji farkı yaklaşık 80 meV kadar farklılık gösterebilir. Bu nedenle, deneysel tünel açma direnci (örneğin, -1 mV ön gerilim ve 1 nA akım için) ve dolayısıyla mesafe tahmini oldukça yanıltıcı olabilir. Tüm olası geçişlerin açık hesaplamalarından elde edilen gerçek değerlerle karşılaştırıldığında, bu koşullar altındaki tahmin, bir veya iki büyüklük sırası kadar çok düşüktür. Kısacası termal uyarımlar, artan öngerilim voltajlarına benzer bir etkiye sahiptir. Yarı iletkenlerde ilgili problem, değerlik bandının üst bant kenarına göre Fermi seviyesinin tam konumudur. Bu durumda, aynı koşul (100 MΩ tünel direnci), seçilen öngerilim voltajı yarı iletken yüzeyin yalnızca çok az durumunu içeriyorsa çok küçük mesafelere yol açabilir. Bununla birlikte, öngerilim voltajı yeterince yüksekse (örneğin 2 V'un üzerinde), o zaman bu koşul genellikle yeterlidir. • STM ucunun elektron durumlarının tipik uzunluk ölçeğinin oldukça üzerinde olan yüzey yapılarının bir özellik boyutu. Bir uç durumunun tipik uzunluk ölçeği, uç metalinin atomlar arası mesafesinin yaklaşık yarısı kadar olduğundan, bu durumu ölçmek çok daha kolaydır; bu nedenle bir ile iki ̊A arasındadır. Serbest elektron Nedir elektron - mi Proton nötron elektron Elektron kütlesi Elektron neyden oluşur Proton ve elektron kütlesi Elektron yükü Elektron özellikleri Bu değerin çok üzerindeki özellik boyutları için uç durumlarının kesin geometrisi, geçerli konturun şekline belirleyici bir şekilde girmeyecektir. Yüksek çözünürlüklü taramalarda, yani atomik çözünürlüklü taramalarda bu koşulun genel olarak sağlanmadığı açıktır. Diğer tüm durumlarda, bir simülasyonda STM ipucunun açık yapısını göz ardı etmek oldukça güvenlidir. Bu koşullar altında, sabit akım konturu, yüzeyin yük yoğunluğu konturu ile benzersiz bir şekilde ilişkilendirilebilir. Bu, aşağıdaki şekilde yapılabilir. Çoğu DFT kodu, belirli bir enerji aralığındaki yük yoğunluğunu özetleyen bir özellik içerir. −Vbias'lık bir bias voltajı için, EF − Vbias'tan EF'e kadar olan aralığın yoğunluğunun hesaplanmasıyla başlanır. Belirli bir akım değeri için uygun kontur, aşağıdaki yaklaşımlarla tahmin edilebilir: 1. Tünel açma akımının büyük kısmı, yaklaşık 2 ̊A yarıçaplı küçük bir enine kesitten geçer. 2. Yüzey durumlarının (ve uç durumlarının) bozunum uzunluğu, Φ ≈ 4 eV çalışma fonksiyonuna sahip bir metal yüzeyin Fermi seviyesindeki bir elektron durumunun bozunma uzunluğuna eşittir. Durumun dalga fonksiyonu bu nedenle (atomik birimlerde) 3. Bardeen integralindeki yüzey ve uç durumlarının evrişimi, ψörnek ≈ χtip ayarlanarak ve integraldeki ilk terimin farkla aynı büyüklükte olduğu varsayılarak basitleştirilir. Burada C bir sabiti, ∆S dalga fonksiyonu örtüşme alanını ve n elektron yoğunluğunu gösterir. Tüm sabitler bilindiğinden, tahmin basittir ve verim sağlar. 1 nA'lik bir akım değeri için, örneğin metal bir yüzey üzerinde, uygun yük yoğunluğu konturu 2 · 10−4 ̊A−3 olacaktır. Bir transfer Hamilton yaklaşımında, numune ve uçtan oluşan iki alt sistem ayrı varlıklar olarak ele alınır. Bu yaklaşım aynı zamanda Bardeen yaklaşımı olarak da bilinir. Tünel açma akımı daha sonra denklem ile tanımlanır. Burada χν, STM ucunun Eν enerjisine sahip özdurumlarıdır, ψμ, Eμ enerjisine sahip yüzeyin özdurumlarıdır. İntegral, numune ve uç arasındaki ayırma yüzeyi S boyunca uzanır, toplam, Fermi seviyesinden belirli bir aralık içindeki tüm özdurumları içerir. Bu aralık, örneğin STM içindeki sıcaklık gibi deneysel koşullar tarafından belirlenir. Bu ifadeden, yüzeyin üzerindeki vakum aralığındaki dalga fonksiyonlarının kalitesinin, deneyler ve simülasyonlar arasında iyi bir uyum için belirleyici olduğu açıktır. Aslında en uygun açılım yanal yönde 2 boyutlu Fourier açılımıdır. Bu bağlamda, atomik orbitallerin (LCAO) lineer kombinasyonlarının dezavantajı, çok hızlı bir şekilde boşluğa bozunmalarıdır, bu da belirli bir mesafedeki akımları ve dalgalanmaları güvenilmez hale getirir.

Atomun İşlenmesi

Atomun İşlenmesi

Son birkaç on yılda malzeme bilimcilerin çalışmalarındaki belki de en belirgin değişiklik, deneysel sonuçların yorumlanmasını içerir. Örneğin, elektronların dalga özelliklerinin keşfini duyurdukları çığır açan makaledeki rakamları, Cu(100) üzerindeki modern LEED deneylerindeki karmaşık I/V eğrileriyle karşılaştırın.

Bir durumda, yorum basittir: elektronlar, x-ışınlarıyla aynı şekilde bir kristal tarafından kırılır; bu nedenle elektronlar dalga özelliklerine sahiptir. Diğer durumda yorum, karmaşık bir teorik değerlendirme prosedüründen geçmek zorundadır: Simülasyonlarda elektronlar, deneylerde olduğu gibi iyonların geometrik dağılımıyla saçılır, bu nedenle çekirdeklerin geometrik düzeni, deneydeki ile aynıdır. simülasyonlar.

Bir durumda sonucun önemi veya benzersizliği (sonuçta kırınıma ve girişime maruz kalan dalgaların tanımıdır) hakkında hiçbir soru sorulmadığı halde, LEED için teorik model oldukça karmaşık parametre alanı, bu her zaman böyle değildir.

Aslında, Si(111) yüzeyinin yapısal özellikleri için yapılan aynı hesaplamaların gösterdiği gibi, LEED verilerinin analizine yönelik teorik modeller olağanüstü bir şekilde başarısız olabilir.

Burada tamamen farklı iki yapısal model aynı teorik öngörülere yol açmaktadır. Sonuç, ihtiyatı savunmaktadır: teorik yöntemler, bu deneyler ve ideal olarak teorik modeller bir dizi farklı yöntemi kapsamadığı sürece, genellikle deneylerin açık bir analizi için uygun değildir. Bu, metin boyunca tekrar ele alacağımız, SPM’de eşit derecede geçerli olan çok önemli bir noktadır.

Teorik yöntemlerdeki belirsizlik, geleneksel deneysel analiz yöntemlerinin son yıllarda daha az moda olmasının ana nedenlerinden biridir. Bu yöntemlerde parçacıklar büyük ölçekte sistemlerle etkileşime girdiğinden, deneylerde homojen sistemlerin hazırlanması teorik analiz için önemli bir koşul haline gelir.

Teorik yöntemler, yalnızca sınırlı sayıda atom ve sınırlı bir parametre alanı için kullanılabilen hesaplama açısından pahalı kuantum-mekanik modellere dayanır. Yüzeyler ve orta derecede düzensiz sistemler üzerindeki karmaşık rekonstrüksiyonlar, herhangi bir yeterli kesinlik derecesi ile çoğu teorik yöntemin yeteneğini aşar.

Bu tür sistemler üzerindeki deneyler, potansiyel olarak çok ilginç olabilseler de, açık yorumları için genellikle teorik destekten yoksundur. Şu anda buna yardım edilemez. Kesinlik ve sistem boyutu arasında, yalnızca daha verimli teorik yöntemlerin ilerlemesi ve artan bilgi işlem gücü ile değiştirilebilen bir denge vardır.

Günümüzün en verimli yöntemleri birkaç bin atomu işleyebilir; böyle bir sistem tarafından kaplanan alan hala sadece 5 nm boyutundan daha küçük bir küptür. Bu yöntemlerin çözünürlüğü tipik olarak 100 nm’den az olduğundan, bu, prob parçacıklarının tüm etkileşimlerini kapsayacak şekilde gerekli sistem boyutunu işlemek için çok küçüktür.

Standart yöntemlerin daha az popüler hale gelmesinin ikinci bir nedeni, doğa bilimlerinin kapsamı dışında kalıyor ve aslında kültürel bir geçmişe sahip olabilir.

Bugünün kültürü, herhangi bir şekilde, görüntülerin kelimeler üzerindeki egemenliği ile tanımlanır. Standart yöntemler, gerçek süreçleri açıklamak için yorumlanması gereken karmaşık grafikler veya gerçek uzayın değil soyut (örneğin karşılıklı) uzayın görüntülerini sunar. Olayların sıklıkla bu olayların imgelerine bağlandığı bir kültürde bu bir eksiklik olarak görülmektedir.

Fiziksel özellikleri aynı olan atomlar
Kimyasal özellik aynı olması için
İzotop atomların kimyasal özellikleri aynı mıdır
proton, nötron elektron yerleri
İzotop atom Nedir
Atomun Yapısı
İzotop Nedir
atomun yapısı

Yerel Problar

Fiziksel bir bakış açısından, tüm standart yöntemlerin ortak paydası, örneğin bir LEED’in flüoresan ekranı, bir dedektörün foto diyotları veya bir enerji analizörü gibi gerçek ölçüm cihazı ile numune arasındaki büyük mesafedir. Parçacık kaynağından numuneye olan mesafe tipik olarak aynı uzunluk ölçeğindedir. Çözünürlüğün düşük olmasının da nedeni budur.

Silikon çiplerin üretiminde kullanılan iyon veya elektronlarla modelleme yöntemlerinde günümüzde elde edilebilen çözünürlük 50 nm aralığındadır. Bu hassasiyeti artırmak teknik olarak mümkün görünmüyor. Bu, daha yüksek bir çözünürlüğü hedefleyen yöntemlerin farklı bir fiziksel ilkeye dayanması gerektiğini gerektirir. Neyse ki, böyle bir ilke 1970’lerde tespit edildi ve uygulanabilirliği 1980’lerde bir dizi çığır açan deneyle kanıtlandı. Bu ilke yerel araştırmadır.

Kavramın yeniliğini kavramak için, bir gözlemcinin kendi boyutunu bir atom boyutuna indirebileceğini ve kendisini (veya kendisini) bir maddenin içinde konumlandırabileceğini hayal edin.

O halde çevresi, termal koşullar nedeniyle algılanamayacak kadar yavaş hareket eden tekil kütleli yapılardan, atomların iyon çekirdeklerinden oluşur. İyon çekirdekleri arasında, kimyasal bağlardaki salınımları yoluyla ayrı iyonları birbirine bağlayan dalgalanan elektronlar, yerel dağılımlarını yeniden ayarlayarak elektrostatik koşullardaki herhangi bir değişikliğe tepki verir ve ilişkili hareketlerinden dolayı karmaşık modeller oluşturur.

Elektronların hareketi, yoğunlaştırılmış sistemlerde olayların doğal bir zaman ölçeğini tanımlar; tipik elektron işleminin yaklaşık bir gün sürdüğü düşünülürse, iyon çekirdeklerinin hareketi yıl olarak ölçülmelidir. Bu ortamdaki elektron süreçleri için tipik enerji ölçeği, birkaç meV (manyetik özellikler) ila yaklaşık 80 meV (ortam termal koşulları) aralığındadır. Elektron fonon etkileşimleri ve elektron deliği oluşumu aynı enerji ölçeğinde gerçekleşir.

Çoğu standart deneysel teknik, böyle bir ortamda kargaşaya neden olur. Prob parçacıklarının enerji aralığı, tipik olarak bağ enerjilerinin üzerinde büyüklük sıraları, büyük ölçekte uyarımlar için yeterlidir.

Atom seviyesindeki maddi yapıları karakterize eden karmaşık denge, fiilen bozulur. Bu yöntemlerin hala malzeme özelliklerini tespit etmeye izin vermesinin nedeni, etkileşimlerinin sınırlı süresi ve tek olaylar arasındaki uzun süredir. Bununla birlikte, bu yöntemlerin kimyasal bağların oluşumu, atomların farklı bölgeler arasındaki göçü veya tekli fonon modlarının uyarılması sırasında ortaya çıkan ince süreçleri analiz etmek için kullanılabileceği düşünülemez.

Bu problemden nispeten bağımsız tek standart yöntemler, kızılötesi adsorpsiyon spektroskopisi (IRAS) ve elektron enerji kaybı spektroskopisidir (EELS). Orada, bir yüzey üzerine düşen elektronlar veya fotonlar, bağ enerjileriyle karşılaştırılabilir veya daha az enerjilere sahiptir (EELS için, tipik olarak yaklaşık 5 eV) ve saçılma olayından sonra belirli açılarda tespit edilen enerji kayıpları, nedeniyle esnek olmayan süreçlere atıfta bulunabilir. Karakteristik olarak, bu yöntemler, prob parçacıklarının küçük enerjileri nedeniyle yüzey analizi ile sınırlıdır.

Etiketler: , , , , , , ,

Bir yanıt yazın