#лекции

🤩 ЛЕКЦИЯ ВОТ-ВОТ НАЧНЕТСЯ!

Наш спикер: Ельцов Константин Николаевич (ИОФ РАН)
Тема лекции: «Возможности сверхвысоковакуумной сканирующей туннельной микроскопии»

▶️ Ссылка на онлайн-трансляцию:
https://youtube.com/live/EtWmUB9A2h0

Начинаем в 17:15, подключайтесь! 💻

#статья


📣ДОБРОЕ УТРО, ДРУЗЬЯ!📣

🥰 Мы получили очень много положительных отзывов на последнюю лекцию от Константина Николаевича Ельцова

И решили сделать разбор ещё одной его статьи — но она такая большая, что сегодня познакомимся только с её частью 🤸‍♀️

✏️ Из предыдущего разбора мы узнали о возможности управления поверхностными ненасыщенными связями кремния, пассивированого галогенами (Cl, Br). Сегодня же обсудим вопросы взаимодействия галогенов с металлическими поверхностями.

❕ Галогены обладают чрезвычайно высокой электроотрицательностью. ➡️ Поэтому они способны образовывать химические соединения со всеми металлами и большинством неметаллов. Это, в свою очередь, существенно влияет на изменения в атомном расположении и электронной структуре поверхностей, покрытых атомами галогенов. Благодаря этим свойствам галогены нашли широкое применение в гетерогенном катализе.
Однако полностью механизм взаимодействия галогенов с металлами до сих пор не ясен. Решить данную проблему возможно с использованием сканирующей туннельной микроскопии (СТМ), в том числе с использованием низкотемпературных СТМ-исследований.

🙄 О субмонослойных покрытиях металлов галогенами известно очень мало. Во-первых, из-за ограниченного количества структурных исследований. Во-вторых, из-за сложности проведения этих исследований — в связи с высокой подвижностью атомов галогенов на поверхности металла, что в свою очередь накладывает особые требования к проведению СТМ-экспериментов (учет влияния СТМ иглы на атомы галогена, а также необходимость поддержания низких температур во время измерений).

▶️ Например, недавние СТМ-исследования системы Cl/Au (111) показали структурный парадокс такой системы: при субмонослойном покрытии ((<0,02 ML), хлор образует цепную структуру, но с ненормально коротким межатомным расстоянием 3,8 Å (при сравнении с постоянной решеткой - 5,0 Å) (рисунок 1). Такое несоответствие в статье объясняется с использованием расчетов теории функционала плотности (DFT), которые показывают, что это вызвано упругими взаимодействиями через искажение решетки субстрата.

▶️ Цепочечные структуры были получены также для хлора, адсорбированного на поверхности Cu(111) и Ag(111) при субмонослойном покрытии (<0,05 МL). В результате обнаружено, что межатомные расстояния внутри цепочек соответствуют расстояниям ГЦК-ГПУ (3,8 Å для Cl/Cu(111) и 4,4 Å для Cl/Ag(111)), которые заведомо меньше и 5,0 Å для Ag(111). В статье в случае системы Cl/Cu(111) этот эффект объясняется непрямым электронным взаимодействием. Однако на сегодняшний день нет правильного объяснения коротких расстояний и образования цепочек хлора на Ag(111).

▶️ Для системы Cl/Au(111) цепочечная структура исчезает при покрытии 0,12 МL, оставляя на поверхности квазигексагональную сверхструктуру, состоящую из нанопор со средней периодичностью 35 Å (см. рисунок 1 d и e; рисунок 2 a). На основании экспериментальных наблюдений и расчетов методом DFT выяснено, что движущей силой формирования сверхструктуры являются дальнодействующие упругие взаимодействия с подложкой. Аналогичные, но менее упорядоченные пористые сверхструктуры, состоящие из цепочек хлора, образуются на поверхностях Cu(111) и Ag(111) (см. рисунок 2b и c). Для всех рассмотренных поверхностей увеличение степени покрытия приводит к постепенной трансформации пористой структуры в простую соразмерную структуру с степенью покрытия 0,33 МL.

💡В дальнейших исследованиях особое внимание следует уделить низкотемпературным СТМ-исследованиям, которые дают возможность изучить взаимодействия отдельных атомов галогенов на поверхности. Все эти исследования открывают новые применения систем галоген/металл для создания искусственных двумерных решеток, интересных в качестве платформ для твердотельного квантового моделирования и элементов компьютерной памяти атомного масштаба, которые, в частности, можно изготавливать с помощью техники СТМ-манипуляций, создавая вакансии в решетке Cu(100)-c(2х2)-Cl.

#статья

📆 Завтра начинается новая рабочая неделя, а сегодня мы выкладываем продолжение обзора статьи Константина Николаевича Ельцова!

⬅️В предыдущей части мы писали о росте субмонослойных пленок галогена на чистых металлических поверхностях и о том, как сканирующая туннельная микроскопия (СТМ) способна пролить свет на механизм их роста. Сегодня же рассмотрим другой класс систем — пленки галогенидов, нанесенные на металлические поверхности.

❔ На первой стадии осаждение галогенида металла на поверхность монокристалла того же металла может привести к распаду молекулы галогенида и образованию монослоя хемосорбированного галогена.

Как утверждают в статье К.Н. Ельцов и его коллеги, такой сценарий реализуется в случае осаждения AgCl на Ag(111), Ag(100) и осаждения CuCl2 на Cu(100). Дальнейшее осаждение молекул галогенидов даже в этих случаях приводит к росту галогенидной пленки на поверхности.

➡️ Щелочно-галогенидные пленки на металлах являются простейшими системами, изученными методами сканирующей туннельной микроскопии (СТМ) и бесконтактной атомно-силовой микроскопии (NC-AFM). Совместное использование методов СТМ и NC-AFM в этих исследованиях выглядит весьма результативным.

✏️ В статье К.Н. Ельцова описано получение первых изображений с атомным разрешением пленки NaCl, осажденной на поверхность Al(111) при комнатной температуре (см. рисунки 1 а и b). По СТМ-изображению, показанному на рисунке 1 а, островки хлорида натрия следуют «ковровому» росту по ступеням поверхности. Анализ изображений атомного разрешения показывает, что СТМ в этом случае может различать только ионы хлора. Однако в других исследованиях, ссылки на которые приводятся в статье К.Н. Ельцова, была продемонстрирована одновременная визуализация атомов щелочи и галогена в плотную гексоганальную упаковку - в областях поверхности NaCl/Au(111) с использованием функционализированной иглы СТМ. Рост галогенидов щелочных металлов на этих металлах также может давать характерные муаровые картины, видимые в СТМ (рисунок 1 c и d).
📏📏📏📏📏📏📏📏📏📏📏
К.Н. Ельцов с коллегами исследовали рост NaCl на вицинальной поверхности Cu(210) с помощью СТМ. Эксперименты проводились при комнатной температуре и при температуре роста 95°С. В итоге было установлено, что нанесение хлорида натрия NaCl приводит к трансформации исходной плоской поверхности в систему граней (311) и (111), причем пленка NaCl селективно растет на грани (331) (см. рисунок 2 а). Когда же NaCl был нанесен на изогнутую поверхность Cu(532), СТМ-изображения показали регулярный двумерный массив трехсторонних пирамид (рисунок 2 b). Только две грани пирамид оказались покрыты хлоридом натрия.

✨ Низкотемпературное осаждение галогенидов щелочных металлов непосредственно на эти металлы приводит к росту фрактальных островков. На рисунке 3 показаны СТМ-изображения, полученные после осаждения LiF на Ag(111) при 77 К. Зарождение молекул LiF происходило как на верхней, так и на нижней стороне краев ступеней, в отличие от роста металл по металлу.
🟡🟡🟡🟡🟡🟡🟡🟡🟡🟡🟡
В 1999 году Бенневиц с соавторами применили NC-AFM для исследования пленки NaCl на Cu(111) и получили изображения атомного разрешения.
Также тонкие пленки галогенидов щелочных металлов на металлах исследовались методом зондовой силовой микроскопии Кельвина (KPFM). Метод KPFM позволяет измерять изменения работы выхода металлических подложек, вызванные адсорбцией тонкой изолирующей пленки. Изменение работы выхода было измерено для LiCl, NaCl, KCl, RbCl на Au(111), для пленок NaCl и KBr на Cu(111) и для пленок KBr на Ag(111).

#дайджест #лекции

🔥 ПОСЛЕДНЯЯ ЗИМНЯЯ ЛЕКЦИЯ В НАШЕМ ЦЗМ AFM Centre! 🔥

🐾 О чем же мы поговорим на этот раз?

Тема лекции: Безапертурная сканирующая микроскопия ближнего оптического поля (ASNOM)
Наш лектор: д. ф.-м. н. Казанцев Дмитрий Всеволодович (ВШЭ)

💜💜💜💜💜💜💜💜💜💜💜💜
На лекции будут рассмотрены принципы работы микроскопа ближнего оптического поля. В этом приборе взаимодействие исследуемого объекта и электромагнитного поля сконцентрировано в зазоре между поверхностью и остриём иглы, имеющим размер 10-30 нм.
Метод позволяет преодолеть предел пространственного разрешения обычной микроскопии, задаваемый пределом Аббе (аналогом соотношения неопределенности в квантовой механике).
💜💜💜💜💜💜💜💜💜💜💜💜

С нетерпением ждём вас в нашем Центре 🥰

🎞 А онлайн-участников за 5 минут до начала трансляции будет ждать ссылка для подключения

📆 29 февраля 17:15
📍 Университет ИТМО, Санкт-Петербург, ул. Ломоносова 9, аудитория 2222, ЦЗМ AFM Centre

#статья

☕️ Доброе утро, друзья! ☕️

Пока мы все с нетерпением ждём выступления Дмитрия Всеволодовича Казанцева в этот четверг, предлагаем вам ознакомиться с разбором одной из его статей 🦈

🐾 Сканирующая микроскопия ближнего поля (SNOM - Scanning Near-field Optical Microscopy) — это метод, позволяющий обойти оптические ограничения получения изображения и достичь разрешающей способности в нанометры.

Существует два вида микроскопии ближнего оптического поля:
📎 апертурная ближнепольная микроскопия
📎 безапертурная ближнепольная микроскопия (ASNOM - Apertureless SNOM)

В статье Д.В. Казанцева речь идёт об ASNOM как о перспективном методе исследования оптических свойств поверхности с нанометровым разрешением.

➡️ Основной идеей безапертурной сканирующей оптической микроскопии (SNOM) является использование заостренного отрезка проводника, аналогичного штыревой антенне в классической радиотехнике, для достижения соответствия между электромагнитными процессами в исследуемом нанообъекте и полями обычных электромагнитных волн оптического диапазона. Для этих целей в атомно-силовом микроскопе (АСМ) применяется сканирующая игла, которая выступает в роли указанного отрезка проводника.

➡️ Электрические колебания в проводнике (как чисто дипольные колебания электронной плотности, так и более сложные плазмонные возбуждения) легко излучают световые волны в окружающее пространство и, в свою очередь, могут быть легко возбуждены электромагнитными волнами, прилетающими на такую антенну извне. Будучи поднесённым к исследуемому объекту (нанокристаллу, вирусу, отдельной молекуле) на достаточно малое расстояние, зонд-антенна вступает с объектом в электромагнитное взаимодействие через "ближние", в основном электрические, поля. Эти ближние поля не излучаются в окружающее пространство (слабо взаимодействуют с полями распространяющихся электромагнитных волн), и таким образом, без помощи зонда-антенны не могут быть оптически возбуждены или зарегистрированы извне. Однако ближние поля обеспечивают весьма эффективную связь исследуемого объекта с электрическими колебаниями в металле зонда (щель между зондом и образцом действует подобно конденсатору в классической радиотехнике).

Пространственное разрешение такого прибора (0,8 нм, 1 нм, 10 нм, 50 нм) определяется радиусом острия на кончике металлического зонда и практически не зависит от длины волны.

➡️ Излучательным (волновым) модам электромагнитного поля просторно вокруг иглы, безызлучательным (ближнепольным) модам тесно под остриём, как и должно быть.

➡️ В качестве такой иглы-антенны выступают кремниевые кантилеверы, подобные используемым для ACM, поверхность которых покрывают металлом (например платиной).

🔔 ASNOM позволяет получать контрастные изображения различных материалов (отличающихся диэлектрической проницаемостью на оптической частоте), что продемонстрировано на рисунке 1. На рисунке приведено ASNOM-изображение тестовой решетки из квадратиков SiO2, сформированных на поверхности кремниевой подложки. Различие диэлектрической проницаемость Si и SiO2 (12 и 3.9 соответственно) обеспечивает высокий контраст получаемого изображения.

➡️ Чувствительность метода ASNOM к значению диэлектрической проницаемости образца позволяет различать области полупроводника с различным уровнем легирования (рисунок 2).
Кремниевая пластина, на поверхности которой сформирована решетка параллельных полос легирования, была отсканирована “с торца”. Подложка была распилена перпендикулярно поверхности, и образовавшийся “скол”, соответствующий сечению исходного образца, был помещен для сканирования в s-SNOM.

➡️ Также, метод позволяет получать контрастные изображения поверхности, области которой отличаются коэффициентом поглощения на рабочей длине волны и коэффициентом термического расширения (рисунок 3).