Исследование взаимодействия нанорельефа с поверхностью основы

Упругая диффузия
Процесс упругого рассеяния электронов на атомах вносит основной вклад в формирование контраста изображений. Это описывается поперечным сечением и длиной свободного пробега от рассеяния Резерфорда, который из - за кулоновские взаимодействия.
Сечение, которое представляет вероятность взаимодействия для угла, определяется как:



где, и - соответственно атомный номер рассеивающего атома, диэлектрическая проницаемость вакуума, скорость электрона и элемент телесного угла .
Процессы, происходящие вблизи ядра, приводят к большим углам отклонения (около 10² радиан), потому что кулоновская сила между ядром и электроном больше. При малых углах рассеяния, соответствующих расстояниям дальше от рассеивающего атома, электрон тогда взаимодействует в основном с электроном, связанным с атомом. Эти два взаимодействующих электрона имеют одинаковую массу, поэтому они могут легко обмениваться энергией и, таким образом, осуществлять неупругую диффузию.
Неупругое рассеяние. Неупругое рассеяние происходит в основном при малых углах рассеяния (примерно до радиан) и приводит к изменению длины волны электронного пучка. Эти диффузии не способствуют формированию изображений с высоким разрешением, но энергия, теряемая электронами в луче, используется для анализа вещества. 10 ^{– 4,} 10 ^{– 3}.
6.1.Межэлектродный массонеренос с нанометровым разрешением представляет собой технологический процессе создания наноразмерных элементов путем осаждения эмитированных с острия ионов. В основе процесса межэлектродного массопереноса лежит явление нолевого испарения проводящих материалов иод воздействием сильных электрических нолей. В сильных электрических нолях формируется поток эмитированных положительных ионов с плотностью тока j:

где п — плотность атомов распыляемого вещества; М — масса атомов; а — амплитуда колебаний атомов на поверхности; к — константа.
Оценки показывают, что характерное значение j составляет порядка 10⁵ Л/см, что соответствует потоку 10¹⁰ частиц с 1 нм. Поток атомов с зонда имеет тенденцию к расширению, поэтому для контроля процесса массопереноса им необходимо управлять. Для целенаправленного массопереноса с помощью туннельного микроскопа необходимо сформировать острие зонда и поддерживать его форму, контролируя нагрев острия проходящим током.
Благодаря использованию зонда можно осуществить массоперенос отдельных атомов. С этой целью из газовой фазы на подложке адсорбируются необходимые атомы (рис. 4.30). В процессе сканирования в режиме постоянного туннельного тока зонд подводится к адсорбированному атому. Траектория зонда искажается, и в этом случае легко получить информацию об измененной адсорбированным атомом топологии поверхности (рис. 4.30, а).
Если острие приблизить к адсорбированному атому, то атом за счет ван- дер-ваальсовых сил может захватить атом. Захваченный таким образом адсорбированный атом можно оставить в любой точке поверхности. Для этого необходимо менять приложенное к острию напряжение. Таким способом

Поверхность
а 6
Рис. 4.30. Схема траектории зонда над адсорбированным атомом (а) и режим манипуляции с адсорбированным атомом (б) можно перегруппировать атомы, поатомно строить на поверхности различные наноструктуры по намеченной программе.
На рис. 4.31 приведен классический пример самых маленьких в мире букв, состоящих из 35 атомов ксенона, которые размещены на поверхности кристалла никеля. Каждый атом был «посажен» на свое место с помощью острия, на котором менялся потенциал. Время написания такой рекламной вывески составило примерно 1 ч.
В процессе перетаскивания одиночных атомов сформирован «квантовый загон», представляющий собой круговую структуру с радиусом 71,3 А (рис. 4.32). 48 атомов железа собраны на медной пластине Си (111) с помощью иглы кантилевера атомно-силового микроскопа.

Рис. 4.31. Микрофотография Рис. 4.32. Визуализация
бренда IBM из атомов¹ поверхностных электронных
состояний²
Волновая структура внутри загона представляет собой поверхностное распределение электронной плотности в квантовой яме. В этом случае электроны изображаются в виде стоячих волн. Из визуального распределения электронной плотности очевидно, что поверхностное распределение соответствует трем квантовым состояниям для двумерной круглой потенциальной ямы. Адсорбированные атомы практически не связаны друг с другом.
Эти примеры свидетельствуют о возможности поатомного конструирования сложных нанообъектов.
Массоперенос