microscopias de ponta de prova - stm e afm: princípios básicos, instrumentação e pontas - stm e...

Microscopias de ponta de provaMicroscopias de ponta de prova

- STM e AFM: princípios básicos, instrumentação e - STM e AFM: princípios básicos, instrumentação e pontaspontas

- “Família” derivada do AFM: princípios básicos e - “Família” derivada do AFM: princípios básicos e aplicaçõesaplicações

- Nanolitografia- Nanolitografia

- SNOM- SNOM

Scanning Tunneling MicroscopeScanning Tunneling Microscope

IBM ZurichIBM Zurich

1982 – STM: imagens tridimensionais 1982 – STM: imagens tridimensionais com resolução atômica real.com resolução atômica real.

(G.Binnig, H. Rohrer, Helv. Phys. Acta (G.Binnig, H. Rohrer, Helv. Phys. Acta 55 (1982) 726 55 (1982) 726 Scanning tunneling microscope))

LimitaçãoLimitação: essencialmente amostras : essencialmente amostras condutoras e semicondutoras.condutoras e semicondutoras.

TunelamentoTunelamento

ss

EEFF

EEFF - V- V

IIt t V V (E (EFF) exp[-1.025 () exp[-1.025 (s)s)1/21/2]]

ResoluResolução atômica realção atômica real

IIt t V V (E (EFF) exp[- ) exp[- ((s)s)1/21/2]]

Distância ponta-superfície: 0.3 - 1nmDistância ponta-superfície: 0.3 - 1nm

tensão de operação: 10 mV - 1Vtensão de operação: 10 mV - 1V

corrente: 0.2 – 10 nAcorrente: 0.2 – 10 nA

variação na distância de 0.1 nm (raio atômico) variação na distância de 0.1 nm (raio atômico) corrente corrente varia varia fator 2fator 2

resolução lateral depende do raio da ponta de prova: raio resolução lateral depende do raio da ponta de prova: raio ~10 nm~10 nm

Implica em resolução lateral de ~ 2 nmImplica em resolução lateral de ~ 2 nm

Átomos na superfície do silício (111) 7x7Átomos na superfície do silício (111) 7x7

G.Binnig, H. Rohrer, Ch. Gerber, E. Weibel, Phys. Rev. Lett. 50 (83) 120G.Binnig, H. Rohrer, Ch. Gerber, E. Weibel, Phys. Rev. Lett. 50 (83) 120

Oxigênio na Oxigênio na superfície de superfície de monocrital de Rhmonocrital de Rh

ResoluResolução atômica realção atômica real

Espectroscopia de Corrente de Tunelamento (STS)Espectroscopia de Corrente de Tunelamento (STS)

Nanowires de Pt em Ge (001) . Largura:Nanowires de Pt em Ge (001) . Largura: 0.4 nm com espaçamento de 0.4 nm com espaçamento de1.6 nm entre as linhas (aspect ratio: 1000).1.6 nm entre as linhas (aspect ratio: 1000).

NanowiresNanowires

STS – nanowires metálicosSTS – nanowires metálicos

ManipulaçãoManipulação atômica atômica

LDOSLDOS

Nanomanipulação Nanomanipulação nanoquímica nanoquímica

18 átomos de Césio e 18 átomos de Iodo18 átomos de Césio e 18 átomos de Iodo

We report a mode-selective, molecule-We report a mode-selective, molecule-to-molecule conversion by scanning to-molecule conversion by scanning tunneling microscope; a trans-2-tunneling microscope; a trans-2-butene to a 1,3-butadiene on butene to a 1,3-butadiene on palladium (110) surface, where the palladium (110) surface, where the reaction product is chemically reaction product is chemically identified with single-molecule identified with single-molecule vibrational spectroscopy. The vibrational spectroscopy. The underlying mechanism is underlying mechanism is experimentally confirmed as a multiple experimentally confirmed as a multiple vibrational excitation of a single vibrational excitation of a single adsorbed molecule via inelastic adsorbed molecule via inelastic electron tunneling process.electron tunneling process.

Single-molecule reaction and characterization by Single-molecule reaction and characterization by vibrational excitation“, Phys. Rev. Lett. 89, (2002), vibrational excitation“, Phys. Rev. Lett. 89, (2002), article number 126104, article number 126104,

Pontas STM: preparação mecânica e eletroquímicaPontas STM: preparação mecânica e eletroquímica

Atomic Force MicroscopeAtomic Force Microscope

1986 – AFM: Medida de forças 1986 – AFM: Medida de forças entre a ponta e a superfície entre a ponta e a superfície (<1(<1N)N)

(G.Binnig, D.F. Quate, Ch. (G.Binnig, D.F. Quate, Ch. Gerber, Phys. Rev. Lett. 56 (86) Gerber, Phys. Rev. Lett. 56 (86) 930 930 Atomic force microscope).).

1986- G. Binng and H. Roher: 1986- G. Binng and H. Roher: Nobel em Física Nobel em Física

Esquema de funcionamento de um AFMEsquema de funcionamento de um AFM

200 m 5 m

CantileversCantilevers

SilícioSilício MWNTMWNT