Atmosferin 7 katmanı

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.