സ്കാനിങ് പ്രോബ് സൂക്ഷ്മദർശിനി

വിക്കിപീഡിയ, ഒരു സ്വതന്ത്ര വിജ്ഞാനകോശം.

റാസ്റ്റർ സ്കാൻ പ്രോബ് ഉപയോഗിച്ചു പ്രതലങ്ങളെ കുറിച്ച് പഠിക്കുന്ന സൂക്ഷ്മദർശിനിയാണ് സ്കാനിങ് പ്രോബ് സൂക്ഷ്മദർശിനി (എസ്പിഎം). പ്രകാശിക സൂക്ഷ്മദർശിനികളിൽ നിന്നും വ്യതസ്ഥമായി പ്രതലവും പ്രോബും തമ്മിലുള്ള പരസ്‌പരപ്രവർത്തിൽ അധിസ്ഥിതമായാണ് സ്കാനിങ് പ്രോബ് സൂക്ഷ്മദർശിനി പ്രവർത്തിക്കുന്നത്. പഠനവിധേയമായ പ്രതലത്തിനു അരികിലക്ക് പ്രോബ് കൊണ്ടുവരികയും പ്രതലത്തിനു സമാന്തരമായി വരി വരിയായി (റാസ്റ്റർ സ്കാൻ) പ്രോബ് (അല്ലെങ്കിൽ പ്രതലം) ചലിപ്പിക്കുന്നു,തന്മൂലം പ്രതലവും പ്രോബും തമ്മിൽ ഉള്ള പരസ്‌പരപ്രവർത്തനതിൽ ഉണ്ടാകുന്ന മാറ്റതെ സ്ഥാനത്തിൻറെ ഏകദം ആയി രേഖപ്പെടുത്തുന്നു. ഇങ്ങനെ രേഖപ്പെടുത്തിയ ഡാറ്റ ഒരു റാസ്റ്റർ സ്കാനിനു ശേഷം കമ്പ്യൂട്ടറിൻറെ സഹായത്തോടെ സംയോജിപ്പിച്ചു ഒരു ദ്വിമാന ചിത്രമായി പ്രദർശിപ്പിക്കുന്നു. എസ്പിഎം സൂക്ഷ്മദർശിനിയെ ഒരു അന്ധ വ്യക്തി രീതി ആയി കണക്കാക്കാം. കഴ്ചയുള്ളവർ ഒരു വസ്തുവിനെ പ്രകാശത്തിൻറെ സാനിത്യത്തിൽ കണ്ണുകൾ കൊണ്ട് ദർശിക്കുന്നു. അന്ധനായ ഒരു വ്യക്തി ആ വസ്തുവിനെ മനസിലാകുന്നത് തൻറെ കൈകൊണ്ട് സ്പർശിച്ച് പരതിനോക്കിയ ശേഷമാണ്. അത് പോലെ എസ്പിഎമ്മിൽ വസ്തുവിനെ പ്രതലമായും കൈ പ്രോബായും സ്പർശനം പ്രതല പ്രോബ് സമ്പർക്കം ആയും വർത്തിക്കുന്നു.

പ്രതലവും പ്രോബും തമ്മിൽ ഉള്ള പരസ്‌പരപ്രവർത്തനങ്ങളിൽ വർത്തിക്കുന്ന ഭൗതിക പ്രതിഭാസത്തിൻറെ അടിസ്ഥാനത്തിലാണ് സ്കാനിങ് പ്രോബ് സൂക്ഷ്മദർശിനികളെ തരംതിരിച്ചിരികുന്നത്. ചിലപ്പോൾ ഒന്നിൽ അധികം ഭൗതിക പ്രതിഭാസങ്ങളിൽ അധിസ്ഥിതമാക്കിയും എസ്പിഎം പ്രവർത്തിപ്പിക്കാരുണ്ട്. എസ്പിഎം സൂക്ഷ്മദർശിനികളുടെ resolution ഈ പ്രതിഭാസങ്ങളെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു. പരമാണുതലത്തിൽ സൂക്ഷ്‌മമായ ചലനങ്ങൾ നടത്തുവാൻ പ്രാപ്യമായ piezoelectric actuatorകളുടെ കണ്ടുപിടിത്തത്തോടെയാണ് എസ്പിഎം എന്ന സങ്കേതം സാധ്യമായത്. ടണലിങ് പ്രതിഭാസത്തെ ആസ്പദമാക്കിയാണ് ആദ്യത്തെ എസ്പിഎം സൂക്ഷ്മദർശിനിയായ സ്കാനിങ് ടണലിങ് സൂക്ഷ്മദർശിനി നിർമ്മിച്ചത് . 1981ഇൽ സൂറിക്ക് IBMഇലെ ഗവേഷകർ ആയിരുന്ന ജർട് ബിന്നിംഗ്, ഹെൻറിച്ച് റോഹ്രേർ എന്നിവരാണ്‌ അത് നിർമ്മിച്ചത് [1] .

പ്രോബ് റ്റിപ്[തിരുത്തുക]

ഒരേ പ്രതലം വിവിധ ആകൃതിയിൽ ഉള്ള ടിപ്പ്‌ ഉപയോഗിച്ചു സ്കാൻ ചെയ്യുംപ്പോൾ ലഭിക്കുന്ന ടോപോഗ്രഫി

സ്വർണം , സിലികൻ നൈട്രേറ്റ് , പ്ലാറ്റിനം/ഇറിടിയം മുതലയ പദാർത്ഥങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ചാണ് പ്രോബ് ടിപ് നിർമിക്കുക. മേന്മയേറിയ SPM ചിത്രങ്ങൾ / ഡാറ്റ ലഭിക്കുന്നതിന് വളരെ കൂർത്ത മുനയുള്ള ടിപ് അനിവാര്യമാണ്. SPM ഉപയോഗിച്ച് ഒരു വസ്തുവിൻറെ ചിത്രം നിർമിക്കുംപ്പോൾ / നിര്നയിക്കുംപ്പോൾ ലഭിക്കുന്ന അതിൻറെ വിലങ്ങനെയുള്ള വലിപ്പം ടിപ്പിൻറെ കൂർമ്മതയെ (sharpness ) ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു. ടിപ്പ് എത്ര കൂർതിരികുന്നുവോ അത്രയും lateral resolution കൂടുന്നു. കൂർത്ത അഗ്രമുള്ള ടിപ്പ് നിർക്കുന്നതിനു വേണ്ടി ഗവേഷകർ വിവിധ രീതികൾ അവലംബിക്കുന്നു. നാനോടെക്നോളജിയിലെ ടോപ്‌ ഡൌൺ സങ്കേതങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ച് മേന്മയേറിയ ടിപ്പുകൾ നിർമിക്കാം. ഇങ്ങനെ നിർമിക്കുന്ന ടിപ്പുകൾക്ക് നിർമാണചിലവു കൂടുതലാണ്.chemical etching , cutting എന്നിവയാണ് സാധാരണയായി ഉപയോഗിച്ചുവരുന്ന മറ്റു രണ്ടു രീതികൾ.. chemical etching ഇല ടിപ് ആയി ഉപയോഗിക്കുവാനുള്ള ദണ്ട് ആസിഡിൽ മുക്കിവച്ച ശേഷം കൌണ്ടർ electrodഇൽ നിന്നും voltage നൽകുന്നു. ആസിഡിൻറെ സാനിധ്യത്തിൽ അത് പതുക്കെ etch ആയി അഗ്രത്തിൽ ഒരു പരമാണു മാത്രം ഉള്ള ടിപ്പ് ലഭിക്കുന്നു. മൂർച്ചയേറിയ cutter, കത്രിക എന്നിവ ഉപയോഗിച്ച് ടിപ് മുറിക്കുന്നതാണ് മറ്റൊരു രീതി. ആദ്യത്തെ സ്കാൻ നടതുംപ്പോൾ തന്നെ ടിപ്പിൻറെ നിലവാരം മനസ്സിലാക്കുവാൻ കഴിയും. ടിപ്പിൻറെ ആകൃതിക്കനുസരിച്ച് പ്രതലം എങ്ങനെ കാണപ്പെടും എന്നറിയുന്നതിനു ചിത്രം കാണുക..[2].

കമ്പനം കവചനം (vibration isolation)[തിരുത്തുക]

കമ്പനം കവചനം (vibration isolation)എല്ലാ SPM സങ്കേതങ്ങളുടെയും അഭിഭാജ്യ ഘടകമാണ്. മേന്മയേറിയ SPM ചിത്രങ്ങൾ എടുക്കുന്നതിനു, നാനോമീറ്റർ കൃത്യതയിൽ, പ്രതലത്തിനു മുകളിൽ പ്രോബ് വിന്യസിക്കുന്നതിനു തക്ക ശേഷിയുള്ള കമ്പനം കവചനം അനിവാര്യമാണ്. ഇത്രയും കൃത്യതയുള്ള vibration control ലഭികുന്നതിനു വേണ്ടി multiple damping stagesആണ് പൊതുവെ ഉപയോഗിക്കുക.[3].

എസ്പിഎം ഗുണങ്ങൾ[തിരുത്തുക]

  • പ്രകാശികസൂക്ഷ്മദർശിനികളിൽ അതിൻറ്റെ resolution/പരിധി നിർണയിക്കുന്നത് diffraction limitആണു. വ്യത്യസ്ഥമായ സാങ്കേതികവിദ്യയിൽ അധിസ്ഥിതമയതിനാൽ SPMഇനു ഈ പരിധി ബധകമല്ല, മറിച്ച് അഗ്രത്തിന്റെ ആക്രിതിയാണു എസ്പിഎമ്മിന്റെ

പരിധി നിർണയിക്കുന്നതിൽ പ്രധാന പങ്ക് വഹികുന്നത്. അതു പ്രധാനമായും റ്റിപ്പ് പ്രതല പ്രതിപ്രവർത്തന വ്യപതത്തിൽ അധിസ്ഥിതമാണു (point spread function). അതിനാൽ picometer പികോമീറ്റർ തലത്തിൽ വരെയുള്ള ക്രിത്യത സാധ്യമാകുന്നു.

  • ടിപ്പ് അഗ്രം ഉപയോഗിച്ച് പ്രതലത്തിൽ മാറ്റങ്ങൽ വരുത്തുവാൻ സാധിക്കും
  • vacuum നിർബന്ധമായും വേണ്ട ഇലക്ട്രൊൻ സൂക്ഷമദർഷിനിയിൽ നിന്നും വ്യതസ്ഥമായി vacuum, air, liquid മുതലായ പരിസ്ഥിധികളിൽ SPM പ്രവർത്തിപ്പിക്കുവാനാകും.

എസ്പിഎം കോട്ടങ്ങൾ[തിരുത്തുക]

വിവിധ തരം സ്കാനിങ് പ്രോബ് സൂക്ഷ്മദർശിനികൾ[തിരുത്തുക]

അവലംബം[തിരുത്തുക]

  1. Binnig, G.; H. Rohrer, Ch. Gerber, E. Weibel (1982). "Tunneling through a controllable vacuum gap". Applied Physics Letters 40 (2): 178–180. ഡി.ഒ.ഐ.:10.1063/1.92999. ബിബ്‌കോഡ്:1982ApPhL..40..178B. 
  2. Scanning Probe Microscopy and Spectroscopy: Methods and Applications
  3. Variable‐temperature ultrahigh vacuum scanning tunneling microscope: Mechanical and electronic instrumentation
  4. Binnig, G.; C. F. Quate, Ch. Gerber (1986-03-03). "Atomic Force Microscope". Physical Review Letters 56 (9): 930–933. PMID 10033323. ഡി.ഒ.ഐ.:10.1103/PhysRevLett.56.930. ബിബ്‌കോഡ്:1986PhRvL..56..930B. 
  5. Kaiser, W. J.; L. D. Bell (1988). "Direct investigation of subsurface interface electronic structure by ballistic-electron-emission microscopy". Physical Review Letters 60 (14): 1406–1409. PMID 10038030. ഡി.ഒ.ഐ.:10.1103/PhysRevLett.60.1406. ബിബ്‌കോഡ്:1988PhRvL..60.1406K. 
  6. Zhang, L.; T. Sakai, N. Sakuma, T. Ono, K. Nakayama (1999). "Nanostructural conductivity and surface-potential study of low-field-emission carbon films with conductive scanning probe microscopy". Applied Physics Letters 75 (22): 3527–3529. ഡി.ഒ.ഐ.:10.1063/1.125377. ബിബ്‌കോഡ്:1999ApPhL..75.3527Z. 
  7. Higgins, S. R.; R. J. Hamers (1996-03). "Morphology and dissolution processes of metal sulfide minerals observed with the electrochemical scanning tunneling microscope". J. Vac. Sci. Technol. B 14. AVS. pp. 1360–1364. ഡി.ഒ.ഐ.:10.1116/1.589098. ശേഖരിച്ചത്: 2009-10-05. 
  8. Weaver, J. M. R.; David W. Abraham (1991). "High resolution atomic force microscopy potentiometry". Journal of Vacuum Science & Technology B: Microelectronics and Nanometer Structures 9 (3): 1559–1561. ഡി.ഒ.ഐ.:10.1116/1.585423. ബിബ്‌കോഡ്:1991JVSTB...9.1559W. 
  9. Meister, André; Gabi, Michael; Behr, Pascal; Studer, Philipp; Vörös, János; Niedermann, Philippe; Bitterli, Joanna; Polesel-Maris, Jérôme; Liley, Martha; Heinzelmann, Harry; Zambelli, Tomaso (2009). "FluidFM: Combining Atomic Force Microscopy and Nanofluidics in a Universal Liquid Delivery System for Single Cell Applications and Beyond". Nano Letters 9 (6): 2501–2507. ഐ.എസ്.എസ്.എൻ. 1530-6984. ഡി.ഒ.ഐ.:10.1021/nl901384x. ബിബ്‌കോഡ്:2009NanoL...9.2501M. 
  10. Fritz, M.; M. Radmacher, N. Petersen, H. E. Gaub (1994-05). "Visualization and identification of intracellular structures by force modulation microscopy and drug induced degradation". The 1993 international conference on scanning tunneling microscopy. The 1993 international conference on scanning tunneling microscopy 12. Beijing, China: AVS. pp. 1526–1529. ഡി.ഒ.ഐ.:10.1116/1.587278. ശേഖരിച്ചത്: 2009-10-05. 
  11. R. V. Lapshin (2011). "Feature-oriented scanning probe microscopy" (PDF). എന്നതിൽ H. S. Nalwa. Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology 14. USA: American Scientific Publishers. pp. 105–115. ഐ.എസ്.ബി.എൻ. 1-58883-163-9. 
  12. Nonnenmacher, M.; M. P. O'Boyle, H. K. Wickramasinghe (1991). "Kelvin probe force microscopy". Applied Physics Letters 58 (25): 2921–2923. ഡി.ഒ.ഐ.:10.1063/1.105227. ബിബ്‌കോഡ്:1991ApPhL..58.2921N. 
  13. Hartmann, U. (1988). "Magnetic force microscopy: Some remarks from the micromagnetic point of view". Journal of Applied Physics 64 (3): 1561–1564. ഡി.ഒ.ഐ.:10.1063/1.341836. ബിബ്‌കോഡ്:1988JAP....64.1561H. 
  14. Sidles, J. A.; J. L. Garbini, K. J. Bruland, D. Rugar, O. Züger, S. Hoen, C. S. Yannoni (1995). "Magnetic resonance force microscopy". Reviews of Modern Physics 67 (1): 249. ഡി.ഒ.ഐ.:10.1103/RevModPhys.67.249. ബിബ്‌കോഡ്:1995RvMP...67..249S. 
  15. BETZIG, E.; J. K. TRAUTMAN, T. D. HARRIS, J. S. WEINER, R. L. KOSTELAK (1991-03-22). "Breaking the Diffraction Barrier: Optical Microscopy on a Nanometric Scale". Science 251 (5000): 1468–1470. PMID 17779440. ഡി.ഒ.ഐ.:10.1126/science.251.5000.1468. ബിബ്‌കോഡ്:1991Sci...251.1468B. ശേഖരിച്ചത്: 2009-10-05. 
  16. Roelofs, A.; U. Bottger, R. Waser, F. Schlaphof, S. Trogisch, L. M. Eng (2000). "Differentiating 180° and 90° switching of ferroelectric domains with three-dimensional piezoresponse force microscopy". Applied Physics Letters 77 (21): 3444–3446. ഡി.ഒ.ഐ.:10.1063/1.1328049. ബിബ്‌കോഡ്:2000ApPhL..77.3444R. 
  17. Reddick, R. C.; R. J. Warmack, T. L. Ferrell (1989-01-01). "New form of scanning optical microscopy". Physical Review B 39 (1): 767. ഡി.ഒ.ഐ.:10.1103/PhysRevB.39.767. ബിബ്‌കോഡ്:1989PhRvB..39..767R. ശേഖരിച്ചത്: 2009-10-05. 
  18. Matey, J. R.; J. Blanc (1985). "Scanning capacitance microscopy". Journal of Applied Physics 57 (5): 1437–1444. ഡി.ഒ.ഐ.:10.1063/1.334506. ബിബ്‌കോഡ്:1985JAP....57.1437M. 
  19. Eriksson, M. A.; R. G. Beck, M. Topinka, J. A. Katine, R. M. Westervelt, K. L. Campman, A. C. Gossard (1996-07-29). "Cryogenic scanning probe characterization of semiconductor nanostructures". Applied Physics Letters 69 (5): 671–673. ഡി.ഒ.ഐ.:10.1063/1.117801. ബിബ്‌കോഡ്:1996ApPhL..69..671E. ശേഖരിച്ചത്: 2009-10-05. 
  20. Chang, A. M.; H. D. Hallen, L. Harriott, H. F. Hess, H. L. Kao, J. Kwo, R. E. Miller, R. Wolfe, J. van der Ziel, T. Y. Chang (1992). "Scanning Hall probe microscopy". Applied Physics Letters 61 (16): 1974–1976. ഡി.ഒ.ഐ.:10.1063/1.108334. ബിബ്‌കോഡ്:1992ApPhL..61.1974C. 
  21. Hansma, PK; B Drake, O Marti, SA Gould, CB Prater (1989-02-03). "The scanning ion-conductance microscope". Science 243 (4891): 641–643. PMID 2464851. ഡി.ഒ.ഐ.:10.1126/science.2464851. ബിബ്‌കോഡ്:1989Sci...243..641H. ശേഖരിച്ചത്: 2009-10-05. 
  22. Wiesendanger, R.; M. Bode (2001-07-25). "Nano- and atomic-scale magnetism studied by spin-polarized scanning tunneling microscopy and spectroscopy". Solid State Communications 119 (4-5): 341–355. ഐ.എസ്.എസ്.എൻ. 0038-1098. ഡി.ഒ.ഐ.:10.1016/S0038-1098(01)00103-X. ബിബ്‌കോഡ്:2001SSCom.119..341W. ശേഖരിച്ചത്: 2009-10-05. 
  23. De Wolf, P.; J. Snauwaert, T. Clarysse, W. Vandervorst, L. Hellemans (1995). "Characterization of a point-contact on silicon using force microscopy-supported resistance measurements". Applied Physics Letters 66 (12): 1530–1532. ഡി.ഒ.ഐ.:10.1063/1.113636. ബിബ്‌കോഡ്:1995ApPhL..66.1530D. 
  24. Xu, J. B.; K. Lauger, K. Dransfeld, I. H. Wilson (1994). "Thermal sensors for investigation of heat transfer in scanning probe microscopy". Review of Scientific Instruments 65 (7): 2262–2266. ഡി.ഒ.ഐ.:10.1063/1.1145225. ബിബ്‌കോഡ്:1994RScI...65.2262X. 
  25. Binnig, G.; H. Rohrer, Ch. Gerber, E. Weibel (1982). "Tunneling through a controllable vacuum gap". Applied Physics Letters 40 (2): 178–180. ഡി.ഒ.ഐ.:10.1063/1.92999. ബിബ്‌കോഡ്:1982ApPhL..40..178B. 
  26. http://wwwex.physik.uni-ulm.de/lehre/physikalischeelektronik/phys_elektr/node252.html
  27. Trenkler, T.; P. De Wolf, W. Vandervorst, L. Hellemans (1998). "Nanopotentiometry: Local potential measurements in complementary metal--oxide--semiconductor transistors using atomic force microscopy". J. Vac. Sci. Techn. B 16: 367–372. ഡി.ഒ.ഐ.:10.1116/1.589812. ബിബ്‌കോഡ്:1998JVSTB..16..367T. 
  28. Volker Rose, John W. Freeland, Stephen K. Streiffer (2011). "New Capabilities at the Interface of X-Rays and Scanning Tunneling Microscopy". എന്നതിൽ Kalinin, Sergei V.; Gruverman, Alexei (Eds.). Scanning Probe Microscopy of Functional Materials: Nanoscale Imaging and Spectroscopy (1st എഡി.). New York: Springer. pp. 405–431. ഐ.എസ്.ബി.എൻ. 978-1-4419-6567-7. ഡി.ഒ.ഐ.:10.1007/978-1-4419-7167-8_14. 

പുറംകണ്ണികൾ[തിരുത്തുക]

വിക്കിപാഠശാല
വിക്കിമീഡിയ വിക്കിപാഠശാലയിൽ ഈ ലേഖനവുമായി ബന്ധപ്പെട്ട

പരിശീലനക്കുറിപ്പുകൾ Nanowiki എന്ന താളിൽ ലഭ്യമാണ്