afm ve uygulamalari
TRANSCRIPT
Atomik Kuvvet Mikroskobu(AKM)Ahmet Oral
Mühendislik ve Doğa Bilimleri Fakültesi, Sabancı Üniversitesi
Tuzla, 34956, İstanbul
1
Taramalı Tünelleme Mikroskobu (TTM) 1981 Atomik Kuvvet Mikroskobu (AKM) 1986
1986 Nobel Fizik Ödülü!!
G. Binnig ve H. Rohrer,
Ruska ile beraber: Elektron Mikroskobu!
Atomik çözünürlük
1989 İlk Türk TTMleri
(A.Oral ve İ.İ.Kaya, Y. Lisans Tezleri)
1993 Türkiye’de İlk Ultra Yüksek Vakum TTM imalatı ( A.Oral Doktora Tezi)
Si(111)(7x7) Yüzeyinin TTM ile alınmış görüntüsü
İlk Türk TTMları
STM Imaging of SiGe Alloy Growth on Si(100) A.Oral & R.Ellialtıoğlu, Surf. Sci. 1995UYV-TTM Toplam Maliyet ~ $65,000!
Grafit Yüzeyi İ.İ.Kaya
Y. Lisans Tezi ‘90A.Oral Y. Lisans
Tezi ‘90
A.Oral Doktora Tezi ‘94 P ~ 3x10-10 mbar
• Harvard University, USA• Oxford University, England • MIT, USA• Tokyo Inst. Tech. / Kyoto / Nagoya University, Japan• University of California, Riverside, USA• Trinity College Dublin, Ireland• Texas A&M University / University of Texas at Austin, USA• Wayne State University/ University of Alabama USA• Bath University / Sheffield University, England• EPFL Lausanne, Switzerland• Oslo University, Norway• Katholic University Leuven, Belgium• University of Modena, Italy• Rice University, Houston, USA• Alicante University / ICMM Madrid, Spain• Sungkyunkwan University, Korea• Weizmann Institute of Science, Israel• Gazvin University, Iran• Bilkent/Sabancı/İYTE x3!!/ Atatürk / İnönü / Gazi / Uludağ Physics & Textile /Yıldız • İTÜ/ Hacettepe x2!!/Abant İzzet Baysal / Ege / Cumhuriyet / Koç / ODTÜ : TURKEY• 2 x TATA Institute for Research, Mumbai, India• IUC Indore / RRCAT Indore, India• Indian Institute of Science, Bangalore, India• Argonne National Lab / Los Alamos National Lab., USA• Brookhaven National Lab, USA• Sandia National Lab, USA• NRC, Canada• IFW, Dresden Germany• JAIST Kanazawa, RIKEN , Saitama ! Japan• Quantum Design Inc., USA• Seagate, USA• Fuji Film, Japan / KLA Tencor / ATC Corporation USA
Teknolojimizi Kullanan Kurumlar
Teknolojimizi Kullanan Kurumlar
Atomik Kuvvet Mikroskobu (AKM)G. Binnig et al. 1986
sample
feed-backregulator
high-voltage amplifierxy-piezo (lateral position)
deflectionsensor
probing tip
cantilever
z-piezo(tip-sample distance)
DVD üzerindeki Bit’ler
Atomik Kuvvet Mikroskobu (AKM)
Atmosfer ortamında biyolojik numuneler
RhodobacterSphaeroides,20x20 μm scan
StaphylacoccusAereus15x15 μm scan
Streptomycetescerevicea,20x20μm scan
Echerichia Coli10x10 μm scan
Fish Bacteria,25x25 μm scanTopography
DNA coils amplified with PCR5x5μm scan,Phase Image
Fish Bacteria,25x25 μm scanPhase
Plasmid DNA 1x1μm scanPhase Image
Atmosfer ortamında biyolojik numuneler
Red BloodCells
Single RBC & zoomed in image
Atmosfer ortamında biyolojik numuneler
Mika Yüzeyindeki Atomik teraslar
• Yay rezonans frekansında titreştirilir, ~75kHz• Soldan sağa tarama : topografi• Sağdan sola tarama : yay dönüşte 20-100nm havaya kaldırılarak
manyetik görüntü elde edilir• Zayıf Manyetik kuvvetler faz sinyalinde gözükür
Lift-Mode
Manyetik Kuvvet Mikroskobu (MKM)
Seagate 394Gbpsi Hard diskin MKM ile Görüntülenmesi
nm
Pha
se(d
eg)
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0 50 100 150
~9 nm
AKM Uygulamaları: Nanolitografi
En küçük Türk bayrağı
700 nm
650x950nm
Gazi Universitesi Logosu
Hacettepe logosu
Seagate 394Gbpsi Harddisk’in DS-MKM görüntüsü @ 77K
PPMS-AKM/MKM Sisteminin Gürültü Seviyesi@ 77K , k=8N/m, 3.5mW
Shot noise
AKM ile aynı anda iletkenlik ölçümü(LSMO Numune)
PPMS-AKM ile Piezo-etki Kuvvet Mikroskobu(PMNT Numune)
mK-MKM/AKM @ Rice Univ. USA, 300mK
mK-MKM ile CoPt Çoklutabaka görüntüsü @350mK
Sample courtesy of Dr. Olav Hellwig of Hitachi-GST, San Jose, USA
Yüzeye Değmeden Atomik Kuvvet Mikroskobu (yd-AKM) ile İLK Atomik Çözünürlük
Franz Giessibl,
Science, 1995
Atomik ve Moleküler Seviyede Manipülasyon
Peter Beton, Nottingham University, T = 300K
Demir Atomları ile bakır yüzeyine imal edilmiş Kuvantum Koral
Don Eigler, IBM, T = 4.2K
Si(100) yüzeyinde C60
T.Fishlock, A.Oral, R.Egdell& J.B. Pethica
Nature 404, 743 (2000)
T = 300K
Bakır yüzeyinde Br Atomları
F=?
Atomik Seviyede Manipülasyonyd-AKMT = 300K,
Morita Grubu, Osaka
Yüzeye Değmeden Atomik Kuvvet Mikroskobu (yd-AKM)
Sample Displacement ( Angstrom )-6 -4 -2 0 2 4 6 8 10
I t ( n
A )
10-1
100
101
102
103
104
105
106
k int
(N/m
)
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
Si(111) Surface
STM
nc-AFM
A.Oral et al. APL 79, 1915 (2001) P.M.Hoffmann, et al. PRL 87, 265502 (2001).
Y. Sugimoto et al. 446, Nature 2007
Yüzeydeki Atomların yd-AKM ile Tespiti !!!
Kuvvet bir vektördür !...
3D-Manyetik Alan Çizgileri Gösterisi, Pasco
~ $79
M. Ternes et al. Science 319, 1066(2008)
Atomik manipülasyon kuvvetinin ölçülmesi, 4.2K!!!
FN
v
FL
Sürtünme Heryerde Vardır !!!!
MEMS Aygıtları
Courtesy of Sandia National Laboratories, SUMMiTTM Technologies, www.mems.sandia.gov"
Kertenkeleler yapışma kuvvetini kullanarak tavanda yürürler
From B. Persson and S. GorbJCP, 119, 11437 (2003)
Atomik Seviyede Sürtünme Kuvvetlerinin Ölçümü: Kontak Mode: ‘Stick-slip’
FN = 0.44 nN
Ediss = 1.4 eV(per slip)
Atomic stick-slip Friction loop
KBr(001)-crystal
Courtesy of Prof.E. Meyer, Basel University
Yatay Kuvvet yd-AKM Fotoğrafı