Blog

Molekül İçi Etkileşim 
Molekül İçi Etkileşim  1980'lerin başındaki icadından bu yana, SPM deneyleri çok yol kat etti. Başlangıçta deneylerde vurgu esas olarak atomik konumların çözünürlüğü iken, bugün deneysel sonuçlar, yüzeylerin kimyasal bileşimi, moleküler üst tabakalardaki molekül içi etkileşimlerin aracılık ettiği toplu etkiler, kimyasal reaksiyonlar veya moleküler difüzyon için aktivasyon engelleri gibi heterojen konular hakkında bilgi sağlayabilir. uzun menzilli elektron etkileşimleri ve farklı durumların yaşam süreleri ve manyetik sınırlama nedeniyle doğrusal olmayan ve anizotropik etkiler. İdeal olarak, deneysel veriler apaçıktır. Bir veri kümesi yalnızca bir ve yalnızca bir yorumu kabul eder. Ancak, daha önce de vurgulandığı gibi, genellikle durum böyle değildir. Çok çeşitli atomik konumlara sahip iki farklı model hesaplama seti, Si üzerinde aynı tahmin edilen LEED görüntülerine yol açar. SPM enstrümanlarını bu kadar başarılı yapan kısmen "atomları görme" yeteneğiydi. Ancak, örneğin düz yüzeylerde STM taramalarında atomlar gerçekten "görülüyor" mu? Açıkçası, eğer belirli bir SPM deneyinin yorumu oldukça önemsiz ise, o zaman bugün giderek daha fazla araştırılan ve manipüle edilen daha ince etkilerin doğru bir şekilde yorumlanması için bir sistem hakkında kapsamlı analiz ve yüksek düzeyde anlayış gerekir. Bu da, hem deneycilerin hem de teorisyenlerin belirli bir yöntemdeki olası eksikliklerin farkında olmalarını ve bir yöntemin dışladığı sorunları başka yollarla ele alabilmelerini gerektirir. Burada, tekniklerin hem yeteneklerini hem de yorumlama problemlerini gösteren STM ve SFM'den birkaç örnek sistemi ele alıyoruz: • Au(110) ve Au(111) gibi düz metal yüzeyler üzerinde atomik çözünürlüğe sahip ölçümler, deneylerde ilk yapılanlar arasındaydı. Au(110) ve sıkı paketlenmiş Au(111) yüzeyinin eksik sıra rekonstrüksiyonuna ilişkin ilk STM deneyleri arasındaki aralık beş yıldan azdı. Bu süre zarfında STM, bir yüzeydeki monoatomik adımları görüntüleyen bir araçtan, tek atomların konumunu çözebilen bir araca geliştirildi. • Manyetik yüzeyler üzerinde yüksek yerel çözünürlüğe sahip tünelleme spektroskopisi deneylerinin geliştirilmesi, odak noktasının yüzey topografyasının analizinden yüzey elektronik yapılarının ayrıntılı bir analizine doğru değiştiğini gösterir. • Silisyum (111) 7 × 7 yüzeyi, SFM tarafından atomik çözünürlükte görüntülenen ilk yüzeydi ve deneyler için bir kıyaslama yüzeyi olmaya devam ediyor. Bu kısmen geleneğe bağlı olmakla birlikte, atomik çözünürlük için açık bir test sağlayan ayırt edici ve karmaşık yüzey yapısından da kaynaklanmaktadır. SFM'nin hikayesi aynı zamanda Si(111) 7×7 görüntülemenin hikayesidir ve bu nedenle deneysel geliştirmeye iyi bir örnektir. • Elbette, yalıtkan bir yüzeyi düşünmeden SFM'nin gelişimini gerçekten tartışamayız. Aslında, bir yalıtım malzemeleri sınıfı muhtemelen deneylerin en iyi kesitini sağlar; NaCl, MgO ve NiO gibi basit kübik kristaller, hem deney hem de teori için en büyük zorluklardan bazılarını sunmuştur. STM'nin yeteneğinin ilk gösterimi, 1982'de bir platin plaka üzerinde tünel açma akımının üstel bozulmasını gösterdikleri bir makalede yayınlandı. Moleküller arası etkileşim örnekleri Moleküller arası etkileşimler nelerdir Dipol dipol etkileşimi Güçlü Etkileşimler Güçlü Etkileşimler Nelerdir Zayıf etkileşim türleri Hidrojen bağı güçlü etkileşim midir Moleküller arası bağların hepsi zayıf etkileşim midir Daha sonra, iki boyutlu bir tarama mekanizması dahil ettiler ve 1982'de ve yine 1983'te Au(110)'un yüzeyini taradılar. Bir yıldan daha kısa bir süre içinde yayınlanan iki ayrı yayının görüntülerinin kalitesi karşılaştırıldığında, şimdiden not ediliyor. çözünürlükte önemli bir gelişme. Au(110) yüzeyinin ilk görüntüsü (çerçeve (b)) altta yatan atomik yapının yalnızca oldukça belirsiz bir şekilde tanımlanmasına izin verirken, ikinci görüntü (çerçeve(c)) zaten yazarların iki farklı yeniden yapılandırmayı çözmesine izin veriyor: 1 ×2 rekonstrüksiyonu, yüzeyin [1 ̄11] yönü boyunca iki sıralı fasetlerden kaynaklanırken, üç sıralı fasetler 1×3 rekonstrüksiyonuna yol açar. Aynı zamanda STM, Si(111) yüzeyinin 7×7 rekonstrüksiyonunu görüntülemede başarılı oldu. Ancak bu aşamada enstrüman, bugünkü yeteneğinden hâlâ çok uzaktaydı. Günümüzün yüksek çözünürlüklü taramalarının tipik bir alanı alınırsa, yanal çözünürlüğün en iyi ihtimalle 0,5 nm olduğu, Si(111) gibi Si yüzey atomlarının birbirinden oldukça uzak ama tam olarak uzak olmadığı yarı iletken bir yüzey için yeterli olduğu anlaşılır. iki atom arasındaki mesafelerin 0,2–0,3 nm mertebesinde olduğu sıkı paketlenmiş bir metal yüzey için yeterlidir. Tek atomları görüntüleme yeteneği, 1980'lerin sonlarında ve 1990'ların başlarında geniş çapta kullanıldı. Prensip olarak, bazı 3 boyutlu geçiş metalleri gibi bazı özellikle zor malzemelerin olası istisnası dışında, metal bir yüzeyin herhangi bir yapısını atomik çözünürlükle çözmek artık mümkündü. Geriye dönüp bakıldığında bu, aletin çözünürlüğüyle ilgili bir sorun değil, tekil atomların dalgalanma yüksekliğiyle ilgili bir sorundur. Daha sonraki bölümlerde sunulan STM teorisinin uygulamalarında, bu yüzeylerin bazılarının normal tünel açma koşullarında 2 pm'den daha az bir yüzey dalgalanmasına sahip olduğu gösterilecektir. Bu, atomik çözünürlükle bu yüzeylerin görüntülenmesini, cihazın stabilitesi ve titreşim sönümleme sorunu kadar yanal çözünürlük sorunu olmaktan çıkarır. Araştırmanın odağını etkileyen bir sonraki gelişme, düşük sıcaklıklı STM'lerin ortaya çıkışıydı. Düşük sıcaklıklar, doğru görüntülerin önündeki birkaç önemli engeli ortadan kaldırır. Birincisi, adatomların ve adsorbatların, özellikle metaller üzerindeki hareketliliğidir. İkincisi, ortam koşulları altındaki birçok fiziksel özelliğin istatistiksel doğasıdır. Oda sıcaklığındaki bir STM, örneğin manyetik özellikler gibi bu özelliklerin yalnızca ortalamasını sağlayacaktır ve bu nedenle bu özelliklerin yerel korelasyonunu incelemek için uygun değildir. Yakın zamanda yapılan bir deneyi gösteren Au(111) yüzeyinin görüntülerinde görüldüğü gibi, düşük sıcaklıklı STM de biraz iyileştirilmiş bir çözünürlüğe sahiptir. Bugün, sıkı paketlenmiş metal yüzeylerde atomik çözünürlük, dünyadaki birçok laboratuvarda rutin olarak elde edilmektedir. Hatta bu çalışmalar, tek tek durumlarda, tek elektronik durumların net bir resmini sağlar. Ancak teorik açıdan bakıldığında, geliştirme bu deneysel yeteneği yaklaşık on beş yıllık bir gecikmeyle yakaladı. Bunun nedeni, yüzey elektronik yapısının yanı sıra tünel açma koşulları altındaki fiziksel süreçler için güçlü modelleme araçlarına ihtiyaç duyulmasıdır. Bu gelişmelerin tarihi ve günümüz teknolojisinin durumu esasen bu çalışmanın konusunu oluşturmaktadır.

Nanoyapılar – Nanomalzeme Mühendisliği Ödevleri – Nanomalzeme Ödev Hazırlatma – Nanomalzeme Alanında Tez Yazdırma – Nanomalzeme Mühendisliği Ödev Yaptırma Fiyatları

İyon Işınlaması ile Nanoyapılar

İyon ışınlaması, iyonların hedefleriyle etkileşim hacminin nanometre boyutundan dolayı nanomalzeme bilimi alanında birçok olasılık sunmaktadır. Bu etkileşim tarafından üretilen yapısal dönüşümlerin doğası, iyon enerjisinin bir fonksiyonu olarak değişir. Aslında bu enerji, iyon enerjisi 10keV/atomik kütle biriminden az olduğunda, elastik çarpışmalarda kinetik enerji formunda hedef atomlara aktarılır.

Aksine, 100 keV/amu’dan daha yüksek enerjiye sahip iyonlar (hızlı iyonlar olarak anılırlar), çekirdeklerle düşük bir etkileşim kesitine sahiptir, ancak yüksek yoğunlukta elektronik uyarım ve iyonlaşma üretirler. Elektronlarla bu elastik olmayan çarpışmalar, iz adı verilen, birkaç nanometrelik bir kesite ve birkaç mikrometrelik bir uzunluğa sahip silindirik bir hacimde meydana gelir, çünkü etkileşim iyon yörüngesini önemli ölçüde etkilemez.

Tabii ki, orta enerjili iyonlar karışık nitelikte yavaşlayan bir süreçten geçerler. Düşük enerjili bir iyon tarafından indüklenen bir çarpışma kaskadının uzamsal kapsamı, genellikle yığından farklı özelliklere (özellikle elektron hapsi ile bağlantılı olanlar) sahip bir nanometrik parçacık sağlayan kritik boyutu aşarsa, iyon tarafından indüklenen her bir alt kaskadın çok daha fazla etkisi vardır. 

Hızlı iyonlar tarafından üretilen kaskadların veya elektronik uyarılmaların yoğunluğu, birim tarafından aktarılan enerjinin yoğunluğunu tanımlayan ana parametreler olan (hedef atomların kütlesi ile birlikte) iyon kütlesi ve enerjisinin uygun bir seçimi ile neredeyse isteğe göre ayarlanabilir. sırasıyla Sn ve Se olarak adlandırılan nükleer ve elektronik çarpışmalardaki uzunluk önemlidir.

Ayrıca, bir iyon demetinin birkaç nanometrekarelik bir alana odaklanması, enerji 100 keV/amu’yu aşmadığı sürece artık teknolojik bir zorluk değildir, bu nedenle elektronik cihazlarda karmaşık bir model çizmek nispeten kolaydır.

İyon hedef etkileşiminin diğer bir özelliği, çok kısa süresidir, tipik olarak kademe için 10-13 sn ve elektronik sistemin gevşemesi için 10-11 sn. Sonuç olarak, iyon demetinin neden olduğu yapısal dönüşümler temel olarak denge süreçlerinin dışındadır. İyon ışınlaması, doğası ne olursa olsun bir malzemeyi amorfize etmenin ve yüksek basınçlar altında meydana gelenler gibi yer değiştiren dönüşümleri teşvik etmenin şüphesiz en basit yoludur.

İyon ışını tedavilerinin ana dezavantajı elbette yüksek maliyetleridir. Bu nedenle, bu incelemede bahsedilen deneylerin çoğu, nükleer malzemeler, biyomalzemeler veya elektronik cihazlar alanlarında temel ilgi veya seçilmiş uygulamalar için gerçekleştirilmiştir. Şema doğal olarak iyonların enerjisine dayanacaktır, çünkü ikincisi etkileşim mekanizmalarının doğasını belirler. 

Bu mekanizmalar önce özetlenecek, ardından bölüm (i) yüzeye yakın yüksek konsantrasyonlarda iyonların iyon implantasyonundan, (ii) radyasyon kaynaklı difüzyondan (RID) ve radyasyonla geliştirilmiş termal difüzyondan kaynaklanan bileşim ve yapı modifikasyonlarına ayrılacaktır. kusurlar (KIRMIZI), (iii) iyon ışını karışımı, (iv) iyon ışını püskürtme. Hızlı iyonların neden olduğu etkiler nispeten daha az bilinir ve bağların, hedefin doğasının veya elektronik yapısının bir fonksiyonu olarak sıralanabilir: moleküler, iyonik, kovalent, metal.

İyonik katılardaki kimyasal düzen, bağlar, yön yapısı ve uzay yüklerindeki farklılık nedeniyle kovalent katılara göre elektronik uyarımla daha kolay değiştirilir. Bu nedenle, iyonik katılar, hızlı iyonlar tarafından amorfize edilirken, atomik yer değiştirmeler tarafından çok az tedirgin edilirler.

Nanobilim ve Nanoteknoloji dersleri
Nanobilim nedir
Nanoteknoloji nedir
Nano teknoloji ile neler yapılabilir
Nanobilim ve Nanoteknoloji PDF
Nanoteknoloji Kullanım Alanları
Nanobilim ve Nanoteknoloji Taban Puanları
Nanobilim ve Nanoteknoloji Bölümü

Elektronik uyarımların düşük yoğunlukları, polimerler, fullerenler ve nanotüpler gibi tüm moleküler katılarda ve ayrıca camlar gibi yarı kararlı sistemlerde geri döndürülemez dönüşümler üretmekle yükümlüdür.

Daha genel olarak, elektronik uyarılmalar, elektron-fonon eşleşmesi yoluyla atomik ağa iletilir; bu, termal yükselme adı verilen, sıcaklığın birkaç bin derecelik yerel bir artışından kaynaklanana benzer yoğun bir çalkalanmaya neden olur.

Biriktirilen enerjinin hesaplanan yoğunluğu yeterince büyük olduğunda malzemenin erimesini tahmin edebiliriz, ancak arayüzlerdeki termal değişimlerin karmaşıklığı nedeniyle kompozit malzemelerdeki dönüşümleri öngörmek çok daha zordur: bazen bir matrise gömülü parçacıklar çözünür veya raylar boyunca diziler halinde büyürler, uzarlar veya yeniden düzenlenirler.

Termal çalkalamanın, şekilsiz hedeflere özgü başka bir etkisi vardır; topolojik düzende değişiklik veya çekiçle vurmaya benzer “serbest hacim” organizasyonundan oluşur. Bu çekiçleme, kristalin nanopartiküller içeren camlarda beklenmeyen etkilere neden olur.

Bu bölümün amacı, bundan sonra açıklanan fenomenlerin anlaşılması için yararlı olan katılarla iyon etkileşiminin genel kavramlarını sağlamaktır. Enerji kaybı ve temel ifadeler konusunda halihazırda iyi incelemeler mevcuttur ve birçok referans çalışmasında bulunabilir. Bunlar bibliyografyada kısaca özetlenmiştir.

Yavaşlama Süreci

İyonlar enerjilerini, elektron kabukları tarafından perdelenen çekirdeklerle ve çeşitli lokalize orbitallerdeki ve iletim bandındaki elektronlarla bir dizi çarpışmada kaybederler. Hedefin nükleer ve elektronik durdurma güçleri, bu olayların olasılığı dσ ile ağırlıklandırılmış, belirli çarpma koşulları için meydana gelen enerji transferlerinin (T) integralleri olarak ifade edilebilir.

Bu olasılık, bir kesit boyutuna sahiptir, çünkü darbe parametresi olarak adlandırılan, iyon yoluna yansıtılan hareketsiz atom veya elektronun p mesafesi tarafından belirlenir.

Bileşik hedeflerde çeşitli atomlara kaybedilen enerjiyi toplama problemini basitleştirmek için, katedilen kalınlık (R aralığı) genellikle birim alan başına hedef atom sayısı olarak tanımlanır ve enerji kaybı birimi eV/atom sayısıdır.

Bu birimin avantajı, bileşik hedefler için bir yoğunluk değeri varsaymak zorunda kalmadan Bragg kuralının elementlerin (farklı fiziksel durumlar altında) hesaplanan veya ölçülen durdurma güçlerine uygulanabilmesidir. Taşıma denklemlerini çözmek için yapılan önemli bir basitleştirme, nükleer ve elektronik durdurmaları bağımsız süreçler olarak ele almaktır.

Bu hipotez, elektronik uyarılmalar nedeniyle merminin yavaşlamasının bir elektron gazının sürtünmesine benzer olması gerçeğiyle doğrulanır.

Bu basitleştirmenin değeri, elektronik durdurmanın her zaman önemli olmasına rağmen, merminin her elektronik çarpışmada çok az enerji kaybettiği ve orijinal yolundan önemli ölçüde sapmadığı hatırlandığında kolayca anlaşılabilir.

Aksine, yörüngesi ve artık enerjisi, p darbe parametresine bağlı olarak, her bir nükleer çarpışma sırasında stokastik olarak değişir. Enerji transferi T (E0, p) çarpışan atomların taranmış itme potansiyeli V(r, E0, Z1, Z2) tarafından belirlenir; bu, r’ye en yakın kısa mesafeler için basit bir Coulomb potansiyeli formuna sahiptir.

Taşıma denklemlerini çözmek veya katılarda ikili çarpışmaların Monte-Carlo simülasyonlarını gerçekleştirmek için herhangi bir r değeri için evrensel bir ifade oluşturulmuştur.

Etiketler: , , , , , , ,

Bir yanıt yazın