Сканирующий туннельный микроскоп

Комбинированный микроскоп attoAFM/STM, объединяющий в себе атомно-силовой микроскоп, работающий в бесконтактном режиме и туннельный микроскоп, является очень универсальным инструментом исследования образцов. В отличие от attoAFM III, в микроскопе attoAFM/STM используется кварцевый камертонный резонатор с горизонтальным расположением, на одной ноге которого закреплена сверхтонкая заостренная вольфрамовая игла, играющая роль зонда. Такая конструкция микроскопа позволяет проводить исследования методом СТМ небольших проводящих участков на больших непроводящих образцах.

Одним из неоспоримых достоинств этого микроскопа является большой диапазон сканирования по сравнению с традиционными СТМ-микроскопами, поскольку в attoAFM/STM используется пьезосканер ANS, а не обычный пьезоэлемент. За счет этого существенно упрощается задача поиска области сканирования наноструктурированного образца. В обычных СТМ-микроскопах зачастую просто отсутствует возможность горизонтального позиционирования в макроскопических масштабах.

В АСМ-режиме миниатюрный пьезоэлемент возбуждает механические колебания кварцевого камертона на резонансной частоте. Это позволяет относительно быстро снять АСМ-изображение непроводящих областей образца в бесконтактном режиме и получить топографию поверхности всего образца. В СТМ-режиме игла электрически соединяется с усилителем тока/напряжения для измерения туннельного тока. Между иглой и образцом прикладывается напряжение смещения, которое вызывает туннельный ток, экспоненциально зависящий от расстояния между иглой и образцом. В режиме постоянной высоты сканирование происходит в плоскости, параллельной поверхности образца. В случае постоянной плотности электронных состояний образца, величина туннельного тока между зондом и образцом отражает топографию поверхности образца. Поскольку в этом режиме отсутствует необходимость подстройки расстояния между зондом и образцом, сканирование можно проводить на достаточно большой скорости. Однако поверхность образца при этом должна быть достаточно гладкой – любые неровности высотой 5 – 10 Å приведут к удару зонда о поверхность. В этом случае предпочтителен режим, в котором поддерживается постоянным туннельный ток. В этом режиме система обратной связи следит за величиной туннельного тока и постоянно подстраивает вертикальное положение иглы так, чтобы ток оставался постоянным. Это происходит за счет подстройки напряжения на Z-пьезоэлементе.


В дополнение к этим двум режимам СТМ, есть еще один режим исследования электронных свойств поверхности образца – сканирующая туннельная спектроскопия. Путем изменения напряжения смещения при постоянном расстоянии между зондом и образцом можно получать зависимости I/V. Более того, применяя метод синхронного детектирования, можно измерять туннельную проводимость dI/dV путем модуляции напряжения смещения и регистрации туннельного тока на этой же частоте. При этом можно показать, что dI/dV прямо пропорционально локальной плотности электронных состояний.

В отличие от классических сверхвысоковакуумных СТМ-микроскопов, предназначенных для in-situ исследований выращенных образцов, основное применение микроскопа attoAFM/STM – широкий спектр исследований наноструктур методом сканирующей туннельной спектроскопии.

Ключевые особенности и преимущества сканирующего туннельного микроскопа attoAFM/STM производства attocube

• Сверхкомпактная беспрецедентно стабильная СТМ головка
• Большой диапазон сканирования при криогенных температурах: 9 х 9 х 2 мкм
• АСМ: сверхчувствительный неоптический кварцевый камертон с горизонтальным расположением
• СТМ: работа при криогенных температурах, коаксиальные кабели с низкой емкостью для минимизации шумов
• Сверхвысокое разрешение в бесконтактном режиме
• Поиск и исследование областей мезоскопических наноструктур методами АСМ и СТМ
• Сверхнизкий уровень шумов туннельного тока

Возможные опции:

• Интерферометрические датчики смещения для сканирования образца с обратной связью, обеспечивающие точность позиционирования 1 нм
• Система позиционирования образца с резистивными энкодерами, позволяющая задавать абсолютные координаты области сканирования в диапазоне 5 х 5 мм с повторяемостью 1 мкм
• Система визуализации образца, состоящая из оптической схемы, ПЗС-камеры и светодиодной подсветки образца, позволяющая осуществлять визуальный контроль образца и зонда во время сканирования

Основные характеристики:

	attoAFM/STM
Общие характеристики
Тип микроскопа	Атомно-силовой микроскоп с кварцевым камертонным резонатором и СТМ-иглой
Совместимость	Возможность установки зондов NaugaNeedles
Режимы работы
Режимы сканирования	Бесконтактный
Стандартные методы	Атомно-силовая микроскопия, электростатическая силовая микроскопия, сканирующая затворная микроскопия, сканирующая туннельная микроскопия, сканирующая туннельная спектроскопия
Компенсация наклона	Компенсация наклона плоскости сканирования по двум осям
Разрешение
Плотность шума по Z-координате	<16 пм/Гц1/2
Разрешение по Z-координате	7,6 пм при температуре 4К и диапазоне сканирования 2 мкм
Шум туннельного тока	<40 фА/Гц1/2 в полосе 7 КГц
Позиционирование образца
Общий диапазон перемещения	5 х 5 х 5 мм в режиме без обратной связи
Шаг	от 0,05 до 3 мкм при температуре 300К, от 10 до 500 нм при температуре 4К
Диапазон сканирования	40 х 40 х 4,2 мкм при температуре 300К, 9 х 9 х 2 мкм при температуре 4К
Сканирование в режиме с обратной связью	Опционально
Условия эксплуатации
Температурный диапазон	От 1,5 до 300К. Возможно исполнение для работы при температуре менее 1К
Диапазон значений магнитной индукции	От 0 до 15 Т
Среда	Теплообменный газ (гелий). Возможно вакуумное исполнение (до 10-6 мбар)
Криогенная система
Корпус микроскопа	Титановый, диаметр 48 мм
Шахта магнита/криостата	Диаметр 2” (50,8 мм)
Совместимые модели криостатов	attoLIQUID1000/2000/3000/5000

Для уточнения цены и сроков поставки оборудования связывайтесь с техническими специалистами «Криотрейд инжиниринг».