Atomik Kuvvet Mikroskobu(AKM)

Transkript

1 Atomik Kuvvet Mikroskobu(AKM) Ahmet Oral Mühendislik ve Doğa Bilimleri Fakültesi, Sabancı Üniversitesi Tuzla, 34956, İstanbul 1

2 Taramalı Tünelleme Mikroskobu (TTM) 1981 Atomik Kuvvet Mikroskobu (AKM) 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)

3 Si(111)(7x7) Yüzeyinin TTM ile alınmış görüntüsü

4 İlk Türk TTMları Grafit Yüzeyi İ.İ.Kaya Y. Lisans Tezi 90 A.Oral Y. Lisans Tezi 90 A.Oral Doktora Tezi 94 P ~ 3x10-10 mbar UYV-TTM Toplam Maliyet ~ $65,000! STM Imaging of SiGe Alloy Growth on Si(100) A.Oral & R.Ellialtıoğlu, Surf. Sci. 1995

5 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

6 Teknolojimizi Kullanan Kurumlar

7 Atomik Kuvvet Mikroskobu (AKM) G. Binnig et al deflection sensor cantilever probing tip feed-back regulator sample xy-piezo (lateral position) high-voltage amplifier z-piezo (tip-sample distance)

8 Atomik Kuvvet Mikroskobu (AKM) DVD üzerindeki Bit ler

9 Atmosfer ortamında biyolojik numuneler Rhodobacter Sphaeroides, 20x20 μm scan Streptomycetes cerevicea, 20x20μm scan Staphylacoccus Aereus 15x15 μm scan Echerichia Coli 10x10 μm scan

10 Atmosfer ortamında biyolojik numuneler Fish Bacteria, 25x25 μm scan Topography Fish Bacteria, 25x25 μm scan Phase DNA coils amplified with PCR 5x5μm scan, Phase Image Plasmid DNA 1x1μm scan Phase Image

11 Atmosfer ortamında biyolojik numuneler Red Blood Cells Single RBC & zoomed in image

12 Mika Yüzeyindeki Atomik teraslar

13 Manyetik Kuvvet Mikroskobu (MKM) Yay rezonans frekansında titreştirilir, ~75kHz Soldan sağa tarama : topografi Sağdan sola tarama : yay dönüşte nm havaya kaldırılarak manyetik görüntü elde edilir Zayıf Manyetik kuvvetler faz sinyalinde gözükür Lift-Mode

14 Seagate 394Gbpsi Hard diskin MKM ile Görüntülenmesi Phase (deg) ~9 nm nm

15 AKM Uygulamaları: Nanolitografi 700 nm Gazi Universitesi Logosu En küçük Türk bayrağı 650x950nm Hacettepe logosu

16 Seagate 394Gbpsi Harddisk in DS-MKM 77K

17 PPMS-AKM/MKM Sisteminin Gürültü 77K, k=8n/m, 3.5mW Shot noise

18 AKM ile aynı anda iletkenlik ölçümü (LSMO Numune)

19 PPMS-AKM ile Piezo-etki Kuvvet Mikroskobu (PMNT Numune)

20 Rice Univ. USA, 300mK

21 mk-mkm ile CoPt Çoklutabaka Sample courtesy of Dr. Olav Hellwig of Hitachi-GST, San Jose, USA

22 Yüzeye Değmeden Atomik Kuvvet Mikroskobu (yd-akm) ile İLK Atomik Çözünürlük Franz Giessibl, Science, 1995

23 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

24 Atomik Seviyede Manipülasyon yd-akm T = 300K, Morita Grubu, Osaka

25 Yüzeye Değmeden Atomik Kuvvet Mikroskobu (yd-akm) A.Oral et al. APL 79, 1915 (2001) P.M.Hoffmann, et al. PRL 87, (2001). Si(111) Surface It ( na ) Sample Displacement ( Angstrom ) kint (N/m ) STM nc-afm

26 Yüzeydeki Atomların yd-akm ile Tespiti!!! Y. Sugimoto et al. 446, Nature 2007

27 Kuvvet bir vektördür!... 3D-Manyetik Alan Çizgileri Gösterisi, Pasco ~ $79

28 Atomik manipülasyon kuvvetinin ölçülmesi, 4.2K!!! M. Ternes et al. Science 319, 1066(2008)

29 Sürtünme Heryerde Vardır!!!! v F N F L

30 MEMS Aygıtları Courtesy of Sandia National Laboratories, SUMMiTTM Technologies,

31 Kertenkeleler yapışma kuvvetini kullanarak tavanda yürürler From B. Persson and S. Gorb JCP, 119, (2003)

32 Atomik Seviyede Sürtünme Kuvvetlerinin Ölçümü: Kontak Mode: Stick-slip Atomic stick-slip Friction loop F N = 0.44 nn KBr(001)-crystal Courtesy of Prof.E. Meyer, Basel University E diss = 1.4 ev (per slip)

33 Yatay Kuvvet yd-akm Fotoğrafı