STMで観察するときに
 1、表面の凹凸を観る
 2、表面の原子の種類を観る
この2つの原理の違いを教えて下さい。

1については、トンネル効果による電流の大小で見分けるのだと
思うのですが、2についてがわかりません。
なにか特別な装置を使うのでしょうか?

A 回答 (1件)

STMで観測する量はトンネル電流で、トンネル電流は、試料探針間距離と試料と探針の(局所)状態密度で決まるわけです。

したがって、1の「表面の凹凸」と思っているのは、実際の凹凸の情報に、状態密度で重み付けしたものになっています。もっとも、原子分解能の像をとるとき以外は、実際上、普通の凹凸と思ってよいと思いますが。

さて、2ですが、上に書いたようにトンネル電流は試料と探針の局所状態密度で決まるわけですから、普通STMだけで実験的に原子種を特定することはできません。バンド計算等から、GaAsのように、あるエネルギーでの状態が特定の原子の軌道の性格が強いことが解っている場合などは、像のバイアス依存性をとることによって見当がつく場合もありますが。

不純物をドープしている場合などは、そこだけ状態が変わっていますから、絨毯爆撃的にトンネル分光を行い(STS)スペクトルの差から不純物の位置や電子状態を知ることが出来ます。高温超伝導体のSTMでは最近(ちょっと前かな)、この辺が話題です。下記URLにきれいな例があります。

また、基盤上の分子内の振動エネルギーの違いを利用した特殊なトンネル分光法で原子種を同定した例もあります。
http://www.physics.uci.edu/%7Ewilsonho/stm-iets. …

いずれにせよ、STM屋にとって、原子種の同定は夢のひとつですが、何にでも使える方法は今のところないと思います。

参考URL:http://socrates.berkeley.edu/~davisgrp/
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