Сканирующий туннельный микроскоп – с. Т. М.

Сканирующий туннельный микроскоп – прибор для изучения поверхности твердых электропроводящих тел, основанный на сканировании металлического острия над поверхностью образца на расстоянии 3÷10 А⁰. Такое расстояние достаточно мало для туннелирования электронов через контакт, т. е. для протекания туннельного тока j≈1-10 нА между острием и образцом, при разности потенциалов и между ними от единиц мВ до нескольких вольт (в зависимости от материалов электродов и цепей). Цепь обратной связи поддерживает значение j постоянным, изменяя соответственно z. Синхронная со сканированием запись сигнала обратной связи U_z (на двухкоординатном самописце – в виде кривых, на экране телевизионной трубки – в виде карты и т. п.) представляет собой увеличенную запись профиля поверхности постоянного туннельного тока j(x, y). Она совпадает с геометрической поверхностью образца (x, y), если высота потенциального барьера (работа выхода) электронов одинакова по всей поверхностиS. В ином случае распределение (x, y) может быть получено путем модуляции расстояния на частоте, более высокой, чем полоса пропускания цепи обратной связи, и измерения возникающей на этой частоте модуляции j, амплитуда которой пропорциональна . Т. о. В результате сканирования острия над участком исследуемой поверхности получаются одновременно ее профильи распределение работы выхода(x, y).

Сканирующий туннельный микроскоп изобретен Г. Биннингом и Г. Рорером в 1982 году. Разрешающая способность микроскопа по x, yдостигает ~1 А⁰, а поz– порядка 0,01 А⁰.

Наиболее важные области применения сканирующего туннельного микроскопа:

• исследование атомного строения поверхностей, металлических, сверхпроводящих и полупроводящих структур;

• явлений адсорбции и поверхностных химических процессов;

• структуры молекул и биологических объектов;

• технологических исследований в области микро- и субмикроэлектроники, пленочных покрытий и обработки поверхностей;

• применение сканирующего туннельного микроскопа как инструмента обработки поверхностей в субмикроскопическом масштабе и т. д.

Электронный парамагнитный резонанс – э. П. Р.

Электронный парамагнитный резонанс– резонансное поглощение (излучение) электромагнитных волн радиочастотного диапазона (10⁹–10¹²Гц) парамагнетиками. Парамагнетик – вещество, намагничивающееся во внешнем магнитном поле по направлению поля. В отсутствии внешнего магнитного поля парамагнетик немагнитен. Атомы (ионы) парамагнетика могут обладать собственным магнитным моментом, но ориентация моментов в пространстве имеет хаотический характер, так что парамагнетик не обладает магнитной структурой, присущий, например, ферромагнетикам. Под действием внешнего магнитного поля магнитные моменты атомов (ионов) парамагнетика (у парамагнитных металлов – спины части электронов проводимости) ориентируются преимущественно по полю, парамагнетизм которых обусловлен электронами. Электронный парамагнитный резонанс – частный случай парамагнитного резонанса и более общего явления – магнитного резонанса. Лежит в основе радиоспектроскопических методов исследования вещества. Имеет синоним – электронныйспиновыйрезонанс (ЭСР), подчеркивающий важную роль в явлении спинов электронов. Открыт в 1944 году Е. К. Завойским. В качестве парамагнитных частиц (в случае конденсированных сред – парамагнитных центров), определяющих парамагнетизм, могут выступать электроны, атомы, молекулы, комплексные соединения, дефекты кристаллов, если они обладают отличным от нуля магнитным моментом. Источником возникновения магнитного момента могут служить неспаренный спин или отличный от нуля суммарный спин (момент количества движения) электронов.

В постоянных магнитных полях в результате снятия вырождения у парамагнитной частицы возникает система магнитных (спиновых) подуровней . Между ними под действием электромагнитного излучения возникают переходы, приводящие к поглощению (излучению) фотона с частотой.

Электронный парамагнитный резонанс нашел широкое применение в различных областях физики, химии, геологии, биологии, медицине. Интенсивно используется для изучения поверхности твердых тел, фазовых переходов, неупорядоченных систем. В физике полупроводников с помощью электронного парамагнитного резонанса исследуются мелкие и глубокие точечные примесные центры, свободные носители заряда, носитель – примесные пары и комплексы, радиационные дефекты, дислокации, структурные дефекты, дефекты аморфизации, межслойные образования, изучаются носитель – примесные взаимодействия, процессы рекомбинации, фотопроводимость и другие явления.