Hadubini ya tunnel ni zana yenye nguvu sana ya kutafiti muundo wa kielektroniki wa mifumo ya serikali dhabiti. Picha zake za topografia husaidia katika utumiaji wa mbinu za uchanganuzi wa uso wa kemikali mahususi, na hivyo kusababisha ufafanuzi wa muundo wa uso. Unaweza kupata maelezo kuhusu kifaa, utendakazi na maana, na pia kuona picha ya darubini inayoelekeza kwenye makala haya.
Watayarishi
Kabla ya uvumbuzi wa darubini kama hiyo, uwezekano wa kusoma muundo wa atomiki wa nyuso ulikuwa mdogo kwa njia za utenganishaji kwa kutumia miale ya eksirei, elektroni, ayoni na chembe nyinginezo. Mafanikio hayo yalikuja wakati wanafizikia wa Uswizi Gerd Binnig na Heinrich Rohrer walitengeneza darubini ya kwanza ya kupitishia tunnel. Walichagua uso wa dhahabu kwa picha yao ya kwanza. Picha hiyo ilipoonyeshwa kwenye kidhibiti cha televisheni, waliona safu za atomi zilizopangwa kwa usahihi na kuona matuta mapana yaliyotenganishwa kwa hatua atomu moja kwenda juu. Binnig na Rohreraligundua njia rahisi ya kuunda picha ya moja kwa moja ya muundo wa atomiki wa nyuso. Mafanikio yao ya kuvutia yalitambuliwa na Tuzo ya Nobel ya Fizikia mwaka wa 1986.
Mtangulizi
Darubini sawia iitwayo Topografiner ilivumbuliwa na Russell Young na wenzake kati ya 1965 na 1971 katika Ofisi ya Kitaifa ya Viwango. Kwa sasa ni Taasisi ya Kitaifa ya Viwango na Teknolojia. Hadubini hii hufanya kazi kwa kanuni kwamba viendeshi vya piezo vya kushoto na kulia huchanganua ncha iliyo hapo juu na juu kidogo ya uso wa sampuli. Hifadhi ya kati ya seva inayodhibitiwa na piezo inadhibitiwa na mfumo wa seva ili kudumisha voltage ya mara kwa mara. Hii inasababisha utengano wa kudumu wa wima kati ya ncha na uso. Kizidishi cha elektroni hutambua sehemu ndogo ya mkondo wa tunnel ambao hutawanywa kwenye uso wa sampuli.
Mwonekano wa kimpango
Mkusanyiko wa Hadubini ya Tunnel unajumuisha vipengele vifuatavyo:
- kidokezo cha kuchanganua;
- kidhibiti cha kuhamisha kidokezo kutoka kwa kiratibu kimoja hadi kingine;
- mfumo wa kutenganisha mtetemo;
- kompyuta.
Ncha mara nyingi hutengenezwa kwa tungsten au platinamu-iridiamu, ingawa dhahabu hutumiwa pia. Kompyuta inatumika kuboresha picha kupitia uchakataji wa picha na kufanya vipimo vya kiasi.
Jinsi inavyofanya kazi
Kanuni ya uendeshaji wa handakidarubini ni ngumu sana. Elektroni zilizo juu ya ncha hazizuiliwi kwa eneo ndani ya chuma na kizuizi kinachowezekana. Wanasonga kupitia kizuizi kama harakati zao kwenye chuma. Udanganyifu wa chembe zinazohamia kwa uhuru huundwa. Kwa kweli, elektroni huhama kutoka atomi hadi atomi, kupitia kizuizi kinachowezekana kati ya tovuti mbili za atomiki. Kwa kila mbinu ya kizuizi, uwezekano wa tunnel ni 10:4. Elektroni huvuka kwa kasi ya 1013 kwa sekunde. Kiwango hiki cha juu cha upokezi kinamaanisha kuwa mwendo ni mkubwa na endelevu.
Kwa kusogeza ncha ya chuma juu ya uso kwa umbali mdogo sana, kupita mawingu ya atomiki, ubadilishanaji wa atomiki hufanywa. Hii inajenga kiasi kidogo cha sasa ya umeme inapita kati ya ncha na uso. Inaweza kupimwa. Kupitia mabadiliko haya yanayoendelea, darubini ya tunnel hutoa habari kuhusu muundo na topografia ya uso. Kulingana nayo, modeli ya pande tatu imejengwa kwa mizani ya atomiki, ambayo inatoa picha ya sampuli.
Tunneling
Ncha inaposogea karibu na sampuli, umbali kati yake na uso hupungua hadi thamani inayolingana na pengo kati ya atomi zilizo karibu kwenye kimiani. Elektroni ya handaki inaweza kuelekea kwao au kuelekea atomi iliyo kwenye ncha ya probe. Ya sasa katika probe hupima wiani wa elektroni kwenye uso wa sampuli, na habari hii inaonyeshwa kwenye picha. Msururu wa mara kwa mara wa atomi unaonekana wazi kwenye nyenzo kama vile dhahabu, platinamu, fedha, nikeli na shaba. utupuupitishaji wa elektroni kutoka kwenye ncha hadi sampuli unaweza kutokea ingawa mazingira si ombwe, lakini yamejazwa na molekuli za gesi au kioevu.
Uundaji wa urefu wa kizuizi
Mtazamo wa urefu wa vizuizi vya ndani hutoa maelezo kuhusu usambaaji wa anga wa kazi ya uso wa uso hadubini. Picha inapatikana kwa kipimo cha hatua kwa hatua ya mabadiliko ya logarithmic katika mkondo wa tunnel, kwa kuzingatia mabadiliko katika pengo la kugawanya. Wakati wa kupima urefu wa kizuizi, umbali kati ya probe na sampuli hubadilishwa kwa sinusoid kwa kutumia voltage ya ziada ya AC. Kipindi cha urekebishaji kimechaguliwa kuwa kifupi zaidi kuliko muda wa mzunguko wa maoni katika darubini ya kuelekeza.
Maana
Aina hii ya hadubini ya uchunguzi wa kuchanganua imewezesha uundaji wa teknolojia ya nano ambayo lazima ibadilishe vitu vya ukubwa wa nanomita (ndogo kuliko urefu wa mawimbi ya mwanga unaoonekana kati ya nm 400 na 800). Hadubini ya tunnel inaonyesha kwa uwazi mechanics ya quantum kwa kupima quantum ya shell. Leo, nyenzo zisizo fuwele za amofasi huzingatiwa kwa kutumia hadubini ya nguvu ya atomiki.
Mfano wa silicon
Nyuso za silicon zimechunguzwa kwa upana zaidi kuliko nyenzo nyingine yoyote. Zilitayarishwa kwa kupashwa joto katika utupu hadi joto kiasi kwamba atomi zilijengwa upya kwa mchakato ulioibuliwa. Ujenzi upya umesomwa kwa undani sana. Mchoro changamano ulioundwa juu ya uso, unaojulikana kama Takayanagi 7 x 7. Atomi ziliunda jozi,au vipimo vinavyotoshea katika safu mlalo zinazoenea kwenye kipande kizima cha silikoni inayochunguzwa.
Utafiti
Utafiti kuhusu kanuni ya uendeshaji wa darubini inayopitisha vichuguu ulipelekea hitimisho kwamba inaweza kufanya kazi katika angahewa kwa njia sawa na utupu. Imekuwa ikiendeshwa katika hewa, maji, vimiminika vya kuhami joto na suluhu za ioni zinazotumiwa katika kemia ya umeme. Hii ni rahisi zaidi kuliko vifaa vya juu vya utupu.
Hadubini ya kichuguu inaweza kupozwa hadi kutoa 269 °C na kupashwa joto hadi +700 °C. Halijoto ya chini hutumiwa kuchunguza sifa za nyenzo za upitishaji umeme, na halijoto ya juu hutumika kuchunguza msambao wa haraka wa atomi kupitia uso wa metali na kutu yake.
Hadubini ya kichuguu hutumika hasa kupiga picha, lakini kuna matumizi mengine mengi ambayo yamechunguzwa. Sehemu dhabiti ya umeme kati ya uchunguzi na sampuli ilitumiwa kusogeza atomi kwenye uso wa sampuli. Athari za darubini ya tunnel katika gesi mbalimbali imesomwa. Katika utafiti mmoja, voltage ilikuwa volts nne. Sehemu kwenye ncha ilikuwa na nguvu ya kutosha kuondoa atomi kutoka kwenye ncha na kuziweka kwenye substrate. Utaratibu huu ulitumiwa na uchunguzi wa dhahabu kutengeneza visiwa vidogo vya dhahabu kwenye substrate yenye atomi mia kadhaa za dhahabu kila moja. Wakati wa utafiti, darubini ya mseto ya tunnel ilivumbuliwa. Kifaa asili kiliunganishwa na bipotentiostat.
