Atomik Kuvvet Mikroskobu(AKM) - Laboratories for Radiation
Transkript
Atomik Kuvvet Mikroskobu(AKM) - Laboratories for Radiation
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 Grafit Yüzeyi İ.İ.Kaya Y. Lisans Tezi ‘90 A.Oral Doktora Tezi ‘94 UYV-TTM Toplam Maliyet ~ $65,000! A.Oral Y. Lisans Tezi ‘90 P ~ 3x10-10 mbar STM Imaging of SiGe Alloy Growth on Si(100) A.Oral & R.Ellialtıoğlu, Surf. Sci. 1995 Teknolojimizi Kullanan Kurumlar • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • 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 Atomik Kuvvet Mikroskobu (AKM) G. Binnig et al. 1986 deflection sensor cantilever probing tip feed-back regulator sample xy-piezo (lateral position) z-piezo (tip-sample distance) high-voltage amplifier Atomik Kuvvet Mikroskobu (AKM) DVD üzerindeki Bit’ler Atmosfer ortamında biyolojik numuneler Rhodobacter Sphaeroides, 20x20 μm scan Staphylacoccus Aereus 15x15 μm scan Streptomycetes cerevicea, 20x20μm scan Echerichia Coli 10x10 μm scan Atmosfer ortamında biyolojik numuneler Fish Bacteria, 25x25 μm scan Topography DNA coils amplified with PCR 5x5μm scan, Phase Image Fish Bacteria, 25x25 μm scan Phase Plasmid DNA 1x1μm scan Phase Image Atmosfer ortamında biyolojik numuneler Red Blood Cells Single RBC & zoomed in image Mika Yüzeyindeki Atomik teraslar Manyetik Kuvvet Mikroskobu (MKM) • 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 Seagate 394Gbpsi Hard diskin MKM ile Görüntülenmesi 0.6 0.5 Phase (deg) 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0 50 ~9 nm 100 nm 150 AKM Uygulamaları: Nanolitografi 700 nm Gazi Universitesi Logosu En küçük Türk bayrağı 650x950nm 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 Si(100) yüzeyinde C60 F=? Peter Beton, Nottingham University, T = 300K Demir Atomları ile bakır yüzeyine imal edilmiş Kuvantum Koral Bakır yüzeyinde Br Atomları T.Fishlock, A.Oral, R.Egdell & J.B. Pethica Nature 404, 743 (2000) T = 300K Don Eigler, IBM, T = 4.2K Atomik Seviyede Manipülasyon yd-AKM T = 300K, Morita Grubu, Osaka Yüzeye Değmeden Atomik Kuvvet Mikroskobu (yd-AKM) 106 10 105 0 104 -20 It ( nA ) 103 -30 102 A.Oral et al. APL 79, 1915 (2001) P.M.Hoffmann, et al. PRL 87, 265502 (2001). -40 101 -50 -60 100 -70 Si(111) Surface 10-1 -80 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 Sample Displacement ( Angstrom ) STM nc-AFM kint (N/m ) -10 Yüzeydeki Atomların yd-AKM ile Tespiti !!! Y. Sugimoto et al. 446, Nature 2007 Kuvvet bir vektördür !... 3D-Manyetik Alan Çizgileri Gösterisi, Pasco ~ $79 Atomik manipülasyon kuvvetinin ölçülmesi, 4.2K!!! M. Ternes et al. Science 319, 1066(2008) Sürtünme Heryerde Vardır !!!! FN v FL MEMS Aygıtları Courtesy of Sandia National Laboratories, SUMMiTTM Technologies, www.mems.sandia.gov" Kertenkeleler yapışma kuvvetini kullanarak tavanda yürürler From B. Persson and S. Gorb JCP, 119, 11437 (2003) Atomik Seviyede Sürtünme Kuvvetlerinin Ölçümü: Kontak Mode: ‘Stick-slip’ Atomic stick-slip Friction loop FN = 0.44 nN KBr(001)-crystal Ediss = 1.4 eV (per slip) Courtesy of Prof.E. Meyer, Basel University Yatay Kuvvet yd-AKM Fotoğrafı