Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

Tüm elektronik Nanosecond çözüldü tarama tünelleme mikroskobu: tek Dopant şarj Dynamics incelenmesi kolaylaştırılması

Published: January 19, 2018 doi: 10.3791/56861
Automatic Translation
1,2, 1, 3,4,5, 1,2,6, 1, 2, 3,4, 1,2
1Department of Physics, University of Alberta, 2National Institute for Nanotechnology, National Research Council of Canada, Edmonton, 3Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter, 4Max Planck Institute for Solid State Research, 5Department of Physics and Astronomy, University of Manitoba, 6Joint Attosecond Science Laboratory, University of Ottawa

Summary

Silikon dopant atomlar nano saniye çözüldü şarj dinamikleri ile tarama tünel mikroskop gözlemlemek için tüm elektronik yöntemi göstermektedir.

Abstract

Minyatür nerede dopants az sayıda aygıt özellikleri kontrol edebilirsiniz ölçekler için yarı iletken cihazların yeni teknikler onların dynamics karakterize yetenekli gelişimi gerektirir. Tek dopants araştıran tünelleme mikroskobu (STM) tarama kullanım motive alt nanometre Uzaysal çözünürlük gerektirir. Ancak, geleneksel STM milisaniyelik zamansal çözünürlük için sınırlıdır. Tüm elektronik zaman çözüldü STM bu çalışmada silikon nanosaniye çözünürlük ile dopant dinamiklerini incelemek için kullanılan da dahil olmak üzere bu eksiklik üstesinden gelmek için çeşitli yöntemler geliştirilmiştir. Burada sunulan yöntemleri yaygın olarak erişilebilir ve atomik ölçekte dinamikleri çok çeşitli yerel ölçme izin. Bir roman saat-tünel spektroskopi tekniği tarama sundu ve verimli dynamics için arama için kullanılan çözüldü.

Introduction

Mikroskobu (STM) tünel tarama Nanobilim atomik ölçekli topografya ve elektronik yapısı çözme yeteneğini için önde gelen aracı haline gelmiştir. Bir geleneksel STM, ancak, onun zamansal çözünürlük geçerli Pre amplifikatör1sınırlı bant genişliği nedeniyle milisaniyelik zaman ölçeği için sınırlıdır kısıtlamasıdır. Uzun STM'ın zamansal çözünürlük üzerinde yaygın olarak atomik işlemler gerçekleştiği ölçekler için genişletmek için bir hedef olmuştur. Öncü çalışmak zaman-tünelleme mikroskobu (TR-STM) tarama Freeman et. al. tarafından çözüldü 1 photoconductive anahtarları ve Pikosaniye gerilim darbeleri tünel birleşim için iletimi için örnek üzerinde desenli mikroserit iletim hatları kullanılmaktadır. Bu kavşak karıştırma teknik 1 nm ve 20 ps2eşzamanlı çözünürlük elde etmek için kullanılan, ama bu asla yaygın olarak özel örnek yapıları kullanma zorunluluğu nedeniyle benimsenmiştir. Neyse ki, bu eserlerden elde temel fikir birçok kez çözüldü teknikleri için Genelleştirilmiş; bant genişliği STM'ın devresi için birkaç kilohertz sınırlı olsa bile, doğrusal olmayan I(V) yanıt olarak STM birçok pompa-sonda döngüleri elde edilen ortalama tünel geçerli ölçerek probed daha hızlı dynamics sağlar. Aradan geçen yıllarda, pek çok yaklaşım incelemiş bulunuyoruz, en popüler olan kısaca aşağıda incelenir.

(SPPX) STM sarsıldı-darbe-çift-heyecanlı gelişmeler ultrafast Lazer Teknolojileri doğrudan tünel birleşim aydınlatıcı ve taşıyıcıları örnek3heyecan verici alt Pikosaniye çözünürlük elde yararlanır. Olay lazer ışık geçici iletim geliştirmek ücretsiz taşıyıcıları oluşturur ve bir kilit-in amplifikatör ile ölçülecekbend i/dtd modülasyon pompa ve prob (td) arasındaki gecikme sağlar. Pompa ve yoklama arasındaki gecikme olduğu gibi pek çok diğer optik yaklaşım, lazer'ın şiddeti yerine modüle çünkü SPPX-STM fotoğraf aydınlatma kaynaklı termal genleşme ipucu3önler. Bu yaklaşımın daha yeni uzantıları üzerinde SPPX-STM dynamics pompa-sonda gecikme kere4aralığı artırmak için nabız-malzeme çekme teknikleri kullanarak araştırmak için kullanılabilir zaman çizelgelerine genişletmiştir. Önemlisi, bu son gelişme de ben(td) eğriler yerine doğrudan sayısal entegrasyon ile ölçmek için yeteneği sağlar. SPPX-STM son uygulamaları taşıyıcı rekombinasyon çalışma dahil tek-(Mn, Fe)/GaAs(110) yapıları GaAs6'5 ve donör dinamiği. SPPX-STM uygulamaları bazı kısıtlamalar yüz. SPPX-STM ölçen sinyal ücretsiz taşıyıcıları tarafından optik darbeler heyecanlı bağlıdır ve yarı iletkenler için uygundur. Çünkü büyük bir alan optik darbeler tarafından heyecan geçerli tünel için belgili tanımlık uç, lokalize, Ayrıca, sinyal bir evrişim yerel özellikleri ve malzeme taşıma olsa da. Son olarak, dynamics altında eğitim photoinduced olması gerekir böylece önyargı kavşağında Ölçüm ölçeği sabittir.

Daha yeni bir optik teknik, terahertz (THz-STM), STM boş alan THz bakliyat STM ucu kavşak üzerinde duruldu çiftler. Aksine SPPX-STM eşleşmiş bakliyat alt Pikosaniye çözünürlük7ile elektronik olarak tahrik uyarilmalar incelenmesi için izin hızlı gerilim darbeleri gibi davranan. İlginçtir, doğrultucu geçerli THz bakliyat sonuçları aşırı tepe akım yoğunluğu değil erişilebilir geleneksel STM8,9tarafından oluşturulan. Bu teknik son zamanlarda sıcak elektron Si(111)-(7x7)9 çalışma ve bir tek pentacene molekül10titreşim resim kullanılmıştır. THz-bakliyat doğal olarak ucuna kadar çift, ancak, STM deney THz kaynağına entegre etmek gerekliliği için birçok Denemecileri zor olması muhtemeldir. Bu diğer yaygın olarak uygulanabilir ve kolayca implementable yöntemlerin geliştirilmesi sayesinde motive eder.

2010 yılında, dinginliği vd. 11 nerede bir DC uzaklığı üst kısmında elektronik olarak uygulanan nanosaniye gerilim darbeleri pompa ve sistem11sonda tüm elektronik bir teknik geliştirmiştir. Giriş Bu tekniğin daha önce farkedilmemiş fizik ölçmek için zaman karar vermek STM belirsizliği ve pratik uygulamaları kritik bir gösteri sundu. Bunun öncesinde, STM karıştırma kavşak hızlı değil bulunmakla mikrodalga bakliyat STM ucuna kadar uygulama araştırılması için rasgele örnekler verir. Bu teknik herhangi bir karmaşık optik metodolojileri veya optik STM kavşak erişim gerektirmez. Bu düşük sıcaklık STMs uyum için en kolay yöntem sağlar. Bu tekniklerin ilk gösteri spin-dinamiği nerede spin polarize STM spin-Birleşik Devletleri tarafından pompa bakliyat11heyecanlı gevşeme dinamikleri ölçmek için kullanılan çalışma uygulandı. Yakın zamana kadar manyetik adatom sistemleri12,13,14 kaldı sınırlı ama sahiptir uygulama taşıyıcısı yakalama hızı çalışma odasına ayrı bir orta boşluk uzatılmış beri15 devlet ve dinamikleri şarj Tek arsenik dopants silikon15,16. Bu çalışmanın odak ikinci çalışmadır.

Tamamlayıcı metal oksit yarı iletkeni (CMOS) cihazlar şu anda nerede tek dopants aygıt özelliklerini17 etkileyebilir rejim giriyorsunuz çünkü tek dopants yarı iletkenler özelliklerinde çalışmalar son zamanlarda önemli ilgisini çekti var . Ayrıca, çeşitli çalışmalarda tek dopants gelecek aygıt temel bileşeni olarak, örneğin qubits için kuantum hesaplama18 ve kuantum bellek19olarak ve tek atom transistörler20 olarak hizmet verebilir göstermiştir , 15. gelecek cihazlar Ayrıca STM litografi21ile atomik hassasiyetle desenli bond (DB) sarkan silikon gibi diğer atomik ölçekli kusurlar dahil. Bu amaçla, DBs şarj qubits22, kuantum hücresel Otomata mimarileri23,24ve atomik teller25,26 için kuantum nokta olarak önerilen ve oluşturmak için desenli Kuantum Hamilton mantığı27 ve yapay moleküller28,29gates. İleride, cihazlar tek dopants ve DBs dahil olabilir. DBs kolayca STM ile karakterize ve tek dopant aygıtları karakterize için bir tanıtıcı kullanılan yüzey kusurları olduğu için çekici bir stratejidir. Bu strateji bir örnek olarak, DBs şarj sensörler yüzey yakınındaki dopants şarj dinamikleri anlaması için bu çalışmalarında kullanılır. Bu dinamikler dinginliği ve ark. tarafından geliştirilen teknik uyarlanmıştır TR-STM tüm elektronik bir yaklaşım kullanımı ile yakalanır 11

Ölçüleri seçili DBs sonlandırıldı hidrojen Si(100)-(2x1) yüzeyi üzerinde gerçekleşir. Yaklaşık 60 uzanan dopant tükenmesi bölge nm yüzeyinin altında oluşturulan kristal30, Termal tedavi yolu ile DB ve birkaç diğer yüzey yakınındaki dopants toplu grup decouples. DBs STM çalışmaları onların gürültülerinden dopants ve sıcaklık, konsantrasyon gibi küresel örnek parametreleri bağlıdır ama bireysel DBs da bağlı olarak kendi yerel çevre16güçlü varyasyonları göstermek bulduk. Tek bir DB üzerinde bir STM ölçüm sırasında geçerli akış, elektron tünel toplu DB (Γtoplu) ve için belgili tanımlık uç (Γucu) DB oranı tabidir (şekil 1). Ancak, iletim DB kendi yerel çevreye duyarlı olduğundan, hangi DB's gürültülerinden izleyerek anlaşılmaktadır olabilir Γtoplu (şekil 1B), yakındaki dopants şarj durumunu etkiler. Sonuç olarak, bir DB gürültülerinden yakındaki dopants, şarj durumları hissediyorum için kullanılabilir ve dopants olan oranları verilen toplu (ΓLH) elektron belirlemek için kullanılan ve STM ucuna kadar kaybetmek onları (ΓHL < / c13 >). Bu dinamikler gidermek için TR-STS hangi ucunu yüzey yakınındaki dopants iyonlaşma indükler eşik gerilimi (Vthr) gerçekleştirilir. Pompa ve sonda nabız rolü burada sunulan üç kez çözüldü deneysel teknikleri aynıdır. Pompa geçici önyargı düzeyi aşağıdan hangi dopant iyonlaşma indükler Vthr, getiriyor. Bu daha düşük bir önyargı izleyen sonda darbe tarafından örneklenir DB gürültülerinden artırır.

Bu raporda açıklanan teknikleri milisaniyelik üzerinde nano saniye zaman ölçeğini STM ile meydana gelen dynamics karakterize etmek isteyenler yararlanacak. Bu teknikler şarj dynamics eğitimi için sınırlı değildir, bu dinamikleri STM (Yani, devletler veya yüzeye yakın) tarafından probed Birleşik gürültülerinden geçici değişiklikler yoluyla ortaya önemlidir. Öyle ki Darbe Gerilimlerinden ve denge akımları arasındaki farkı ile çarpılır geçici Birleşik gürültülerinden önemli ölçüde denge durumundan farklı değildir Eğer sonda darbe iş hacmi (genellikle sistemleri gürültü kat küçüktür 1 pA), sinyal gürültü kaybolur ve bu tekniği ile tespit olmayacaktır. Bu raporda açıklanan teknikleri gerçekleştirmek için gereken ticari olarak kullanılabilir STM sistemleri deneysel değişiklikler mütevazı olduğundan, bu teknikleri yaygın olarak topluma erişilebilir olması öngörülmektedir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. ilk kurulum mikroskop ve deneyler

  1. Begin bir ultrahigh ile yetenekli kriyojenik STM vakum ve kontrol yazılımı ilişkili. STM kriyojenik sıcaklıklara serin.
    Not: Bu raporun ultrahigh vakum elde sistemleri için işaret < 10 x 10-10 Torr. STM kriyojenik sıcaklıklara soğutmalı; Bu mütevazı sıcaklıklarda termal aktif dopants şarj dinamiklerini araştırıyor özellikle önemlidir. Diğer odaları oda sıcaklığında olabilir.
  2. STM ipucu yüksek frekanslı kablolama (~ 500 MHz) ile donatılmış emin olun.
    Not: darbe şekillendirme yöntemleri kullanarak, STM standart kriyojenik sıcaklık koaksiyel kablo (~ 20 MHz) ile zaman yanıt büyük bir artış Grosse vd tarafından bildirilmiştir 31
  3. Pompa-sonda deneyler için kullanılan gerilim darbe çifti döngüleri hazırlamak için kullanılan ucu (Şekil 2), en az iki kanallı bir rasgele işlev üreteci bağlayın.
  4. Pompa ve Yoklama gerilim darbeleri bağımsız olarak oluşturulan ve ucunu beslenen önce özetlenebilir rasgele işlev üreteci yapılandırın.
  5. Görüntüleme ve geleneksel spektroskopisi (VDC) örnek için kullanılan DC önyargı gerilim uygulanır.
  6. İki radyo frekansı anahtarları rasgele işlev jeneratör çıkış kanallara bağlayın.
  7. Anahtarları ucu STM görüntüleme ve geleneksel spektroskopisi sırasında cezalı, etkili önyargı VDC + Vucu (şekil 4A) pompa-sonda deneyler sırasında böylece ve yapılandırın.
  8. Geçerli örnek için bağlı bir Pre amplifikatör ile tüm ölçümler için tünel oluşturma toplamak.

2. H-Si(100)-(2x1) yeniden hazırlanması

  1. Örnek 3-4 mΩ·cm n-tipi arsenik katkılanmış Si(100) gofret gofret arkası ile Silisyum Karbür scriber tırmalamak ve yavaşça gofret cam mikroskop slaytlar ile kapalı örnek oturtun ayırmak.
  2. STM örnek tutucusu örneğe yapıştırmayın ve ultrahigh bir vakum odası STM odasına bitişik tanıtmak.
  3. Resistively 600 ° C (bir Pirometre örnek'ın sıcaklık izlemek için kullanılabilir) Isıtma ve en az 6 h ultrahigh vakum için o sıcaklıkta holding tarafından örnek degas.
    Not: örnek ve örnek sahibi degas, ancak temel basınç stabilize etmek basınç başlangıçta artacak (< 10-10 Torr) birkaç saat sonra.
  4. Devam etmeden önce oda sıcaklığına kadar soğutmak örnek sağlar.
  5. Resistively filaman 1800 ° c Isıtma ve sistemin temel baskı için yeniden elde etmek bekleyen bir tungsten filament numune olarak aynı odasında degas. Filaman devam etmeden önce kapatın.
    Not: Örnek odasında bu adımı sırasında yüzeyi, yerel oksit tabaka düzgünleştirilecek ve herhangi bir kirlenme bu adıma neden örnek yüzeyinin daha sonra kaldırıldı çünkü kalabilir. Filaman'ın sıcaklığı belirli bir akım/gerilim bir Pirometre kullanarak filaman uygulanan için ayarlanması gerekir.
  6. Örnek ile 900 ° C arasında yanıp sönen ve 10 için bu sıcaklıkta holding tarafından örnek yüzeyindeki oksit çıkarmak önce oda sıcaklığına kadar soğutma s. Basınç yanıp sönen işlem sırasında birkaç büyüklük--dan temel basınç artacaktır. Sonra her Bu yordam bulunan yanıp söner, örnek oda sıcaklığında ve devam etmeden önce temel baskı için yeniden elde etmek için sistem için soğumasını bekleyin.
    Not: Yanıp sönen Isıtma ve soğutma 100 sırasına yüksek rampa oranları ile örnek olarak bu rapor içinde tanımlanır ° C/s.
  7. Aşamalı olarak daha yüksek sıcaklıklara örnek 1250 ° c son flaş ulaşmak çalışırken flash Nerede 9 x 10-10 Torr örnek yüzeyi kontamine engellemek için yukarıda basıncı yükselir herhangi bir flaş iptal edin. Kaydı 1250 ° C (Adım 2.6 ısıtmalı filaman tarafından yaydığı ışık bir Pirometre numune'nın sıcaklığı doğru okunması vermesini engeller ve böylece bu setpoint kullanılmalıdır) flaş elde etmek için kullanılan voltaj/geçerli kayıt. Son flaş kristal soğutulur gibi örnek 330 ° c ısı için gerekli voltaj/Cari belirlemek, sonra örnek oda sıcaklığına kadar serin ve devam etmeden önce temel baskı için yeniden elde etmek belgili tanımlık sistem izin bekleyin.
  8. 1 x 10-6 Torr basınçta odasına H2 gaz sızıntısı ve tungsten filaman 1800 ° c ısı
    Not: Bu atmoic hidrojen32H2 çatlama etkiye sahiptir.
  9. 5 için o sıcaklıkta tutan örnek 1250 ° c, yanıp sönen önce örneği 2 min için bu koşullarda basılı s ve 330 ° C'ye soğutma
  10. 1 dakika maruz 330 ° C'de sonra aynı anda H2 sızıntı vanayı kapat, tungsten filaman açmak ve oda sıcaklığında için örnek soğumaya bırakın.
    Not: Bu yüksek flaş sıcaklıklarda dopants örnek dağılımını etkiler. Isıtma 1250 ° c ~ 60 nm dopant tükenmesi bölgesine yakın örnek yüzey30neden tespit edilmiştir.
  11. Örnek'in kalite yüzey STM görüntülerini alarak doğrulayın.
    Not: İyi örnekleri büyük olacaktır (> 30 nm x 30 nm) teraslar bir kusur oranı ile < % 1 (sarkan tahvil, adsorbe molekülleri, adatoms, vb) ve dimer satır özellikleri klasik Si(100)-(2x1) yeniden yapılanma32, ortaya koyacak bir başka adım kenarlar (şekil 3B) üzerinden antiparalel çalıştırıyor.

3. pompa-sonda bakliyat tünel kavşağında kalitesini değerlendirmek

  1. STM ipucu geçerli geribildirim denetleyicisi geçerli setpoint 50 PA ve-1.8 V bir örnek önyargı ile meşgul olarak örnek yüzeye yaklaşım.
    Not: Bu koşullar altında ipucu olduğu tahmin edilmektedir < 1 nm örnek yüzey. Bu çalışmada kullanılan STM ipucu polikristalin tungsten kimyasal aşındırma tarafından üretildi. Daha fazla bir azot Rezeq vd. de açıklanan yordamı aşındırma kullanarak keskinleşmiş yapıldı. 33.
  2. Büyük yüzey kusuru örnek yüzeyinde bir alan için geniş bir alan taramaları (Örneğin, 50 nm x 50 nm) alarak bak.
  3. Pozisyon STM ipucu bir H-Si yüzeyi üzerinde hangi STM görüntüleri (şekil 3B) dimer satır olarak görünür.
  4. Geçerli geribildirim denetleyicisi açmak
  5. VDC -V 1.0 için V-0,5 Vpompa , V-0,5 Vsonda , pompa ve sonda nabız 200 genişliğini ayarla ns ve Bakliyat 2,5 artış/Sonbahar zaman ns (şekil 4A).
  6. Nerede göreli gecikme pompa ve sonda-900 süpürüldü pompa ve sonda nabız tren bir dizi göndermek için 900 ns ns.
  7. Pompa ve yoklama arasındaki gecikme bir fonksiyonu olarak geçerli tünel arsa. Büyük olasılıkla (pompa ve yoklama bakliyat, şekil 4Barasındaki göreli gecikme bir fonksiyonu olarak geçerli tünel içinde güçlü zil salınımlarını) gösterecektir.
    Not: Python ve kaynak yazılım arsa, analiz etmek ve bu el yazması için toplanan verileri değerlendirmek için kullanılmıştır.
  8. 3.1-3.5, adımları yineleyin, ancak bakliyat yükselişi/sonbahar zamanlarında artırır. Zil yükselme/düşme kez arttıkça azalır.
    Not: Bu en doğru spektroskopik sonuçlar sağlamak için çalan ortadan kaldırmak istediğini, ancak, bu tekniklerin zaman çözünürlüğü kullanılan bakliyat genişliği ile sınırlı. 25 ns artış kez bu iş için kullanılmıştır.

4. zaman-çözüldü spektroskopisi (TR-STS) tünel tarama

  1. Pozisyon STM negatif uç örnek önyargıları (şekil 3B), parlak çıkıntılar olarak görüntülendiği bir silikon DB, üzerinde ipucu.
  2. STM geçerli geribildirim denetleyicisi açmak.
  3. Bir tren sadece sonda darbe tekrarlama oranı 25 kHz ile oluşan gönderin. Nabız trenler dizi üzerinde sonda darbe önyargı 500 aralığında süpürme mV-1.8 V DC sapması üzerinden.
    Not: Bu basit deneyin geleneksel STS gürültülerinden önyargıları bir dizi üzerinde nerede örneklenir ROM'una benzer.
    1. Bir sinyal gürültü oranı elde edilen spectra sahip olduğunu darbe trenler (her biri farklı bir önyargı ile) süresi yapılandırmak > 10.
  4. Bir tren sabit bir önyargı ayarla pompa bakliyat oluşan göndermek (öyle ki VDC + Vpompa > Vthr) 25 kHz bir tekrarlama oranı ile. Bu deneylerde-1.8 V, 500 VDC, Vpompave Vthr ayarla mV ve -2,0 V, anılan sıraya göre.
    Not: Pompa bakliyat keyfi olarak uzun süreler (1 µs genellikle yeterli) olabilir.
  5. Bir tren pompa bakliyat 10 gecikme tarafından takip sonda darbeleri ile oluşan göndermek ns. Bu deneylerde, pompa darbe genlik 500 ayarla mV ve 500 50'den sonda darbe silme mV.
    Not: Bu deneyde, sonda darbe geleneksel STS örneklenmiş denge durumu yerine pompa darbe tarafından hazırlanan devlet örnekleme olduğunu.
    1. Sadece pompa darbe görüntüleme/bu adıma toplanan sinyal değerlendirirken uygulandığında elde edilen sinyal çıkarma.
  6. Sadece sonda karşılaştırın ve pompa + sonda sinyalleri aynı grafikte komplo tarafından. Herhangi bir histeresis iki sinyal içinde zaman çözüldü STM teknikleri ile probed dynamics bir göstergesidir.
    Not: sabit sonda manyetizmanın etki alanı tutmak ve kaba DC tarama (adımda 0,25 V, örneğin), mahsup bir verimli dynamics tekniği için erişilebilir tanımlamak için örnek tüm enerji aralığını eşleyebilirsiniz. Darbe süreleri deney bağlı olarak değiştirilebilir. Pompa darbe genişliği sürekli dopant ionizes öyle ki hangi dopant iyonize, oranından daha uzun olması gerekir. Genel olarak, böyle yüksek sinyal iki gürültülerinden Birleşik ortalama örnekleme olmadan ölçülebilir sonda süreleri altında eğitim, dinamik süreç aynı sırada olmalıdır. Hangi dynamics enerjilerde arama bulunduğunda, öyle ki tek bir sistemin durumunu histeresis geliştirmek için ölçülür sonda sürelerini en aza indirilir önerilir. Olarak gevşeme zamanı sabitleri bulundu, sonda darbe süresi sinyal gürültü oranı artırmak için arttırılabilir.

5. zaman çözüldü STM ölçümleri gevşeme dinamiği

  1. STM ipucu bir silikon DB üzerinde konumlandırın ve STM geçerli geribildirim denetleyicisi açmak.
  2. Bir tren sabit bir önyargı ayarla pompa bakliyat oluşan göndermek (öyle ki VDC + Vpompa > Vthr) 25 kHz bir tekrarlama oranı ile. Bu deneylerde-1.8 V, 400 VDC, Vpompave Vthr ayarla mV ve -2,0 V, anılan sıraya göre.
    Not: Pompa bakliyat keyfi olarak uzun süreler (1 µs genellikle yeterli) olabilir.
  3. Pompa ve sonda nabız tren gönderin. Sonda bakliyat bir genlik pompalar daha küçük olması ve hangi histeresis mesafeden karşılaştırılabilir oluşur emin olun (Vsonda < Vpompa, Vsonda + VDC≈ Vhystersis).
  4. Birkaç on µs kadar pompa ve yoklama nabız arasında gecikme süpürme.
  5. Sadece pompa darbe uygulandığında elde edilen sinyal çıkarma. Bu deneylerde-1.8 V, 400 VDC, Vpompave Vsonda ayarla mV ve 210 mV, anılan sıraya göre. Göreli gecikme süpürme-5 μs 35 μs için ayarlayın.
    Not: sinyal elde edilen önceki adımı de uygun ise (R2 > 0,80) bir tek üstel çürüme işlevi tarafından pompa darbe tarafından hazırlanan geçici devlet ömrünü uygun ayıklanabilir.

6. zaman çözüldü STM ölçümleri uyarma dinamiği

  1. Bir tren sabit bir önyargı ayarla pompa bakliyat oluşan göndermek (öyle ki büyük VDC + Vpompa > Vthr) 25 kHz bir tekrarlama oranı ile. Bu deneylerde VDC ve Vthr -1.8 V -2,0 V, anılan sıraya göre ayarlı. Vpompa 220 ve 450 mV arasında ayarlayın.
  2. Birkaç yüz nanosaniye için birkaç nanosaniye gelen pompa darbe süresi süpürme.
  3. Pompa ve sonda nabız tren gönderin. Sonda bakliyat bir genlik pompalar daha küçük olması ve hangi histeresis mesafeden karşılaştırılabilir oluşur (Vsonda < Vpompa, Vsonda + VDC≈V hystersis). Bu deneylerde Vsonda 210 için ayarla mV.
  4. Sadece sonda darbe uygulandığında elde edilen sinyal çıkarma.
    Not: elde edilen sinyal üstel ise, bu pompa darbe geçici devlet (iyonize dopant)--dan belgili tanımlık hastalık nöbeti elde edilebilir bir oranda hazırlanıyor gösterir (R2> 0,80). Yukarıda açıklanan deneyler ve burada açıklanan ekipman için özel protokolüdür. Okuyucuların diğer sistemlerin Etütler deneysel kendi kurulum özelleştirmek birçok potansiyel caddeleri vardır. Örneğin, genel teknikleri cryogenically soğutmalı STMs için sınırlı değildir; herhangi bir ipucu malzeme kullanılabilir ve azot gravür gerektirmez. Ayrıca, uygun programlanan rasgele işlev üreteci iki bağımsız kanal toplamı gerek inkâr etmek çift-nabız dalga biçimleri oluşturmak için kullanılabilir. Son olarak, düşük bant genişliği kablolama kullanılan31olabilir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Metni bu bölümde sunulan sonuçlar önceden yayınlanmış15,16olmuştur. Şekil 3 seçili bir örnek davranışını gösterir DB geleneksel STM ile. Geleneksel I(V) ölçüm (şekil 3A) açıkça Vthr DB gürültülerinden keskin bir değişiklik gösteriyor -2,0 V =. Bu davranış da-2.1 V (şekil 3B, sol panelde), -2,0 V (orta Masası) ve V (doğru kapı aynası),-1.8 nerede DB parlak bir çıkıntı, benekli bir çıkıntı ve karanlık bir depresyon görünümünü sırasıyla almıştır STM Albümdeki görülmektedir. Bu geçiş da geçerli tünel z-denetleyicisi devre dışı ve iki düzeyli hangi sonuçlar gürültü (şekil telgraf Vthriçin ayarla önyargı ile doğrudan DB üstüne yerleştirilmiş ipucu ile toplanan bakarak görülebilir 3 C). en önemlisi, Bu ölçümlerde, STM ucu doğrudan DB yerleştirildi. Bu düzenleme, DB's şarj durumu dalgalanma timescales üzerinde aşağıdaki oluşur e / ıT = 2ns, hangi gözlenen geçiş daha hızlıdır. Bu nedenle, gözlenen davranış DB gürültülerinden etkileyen şarj dinamiklerini yakındaki dopants için atfedilir. Genişletilmiş dalga fonksiyonu DB'ın orta boşluk enerji Yasası ucunu doğrudan DBs yerleştirildiğinde toplu iletim bant elektron için belgili tanımlık uç, gözlenen davranış yalnızca görünür yapmak için bir köprü olarak devletler çünkü bunu unutmamak önemlidir. Önyargı arttıkça, öyle ki-2.02 V anahtarlama davranış artık doğrudan STM'ın Pre amplifikatör tarafından çözülebilir telgraf gürültü sıklığı da güçlü, arttı. Bu zaman karar vermek tarama tünelleme mikroskobu (TR-STM) kullanımı motive ve zaman çözüldü-tünel spektroskopisi (TR-STS) tarama.

Şekil 4 Kavşağı için teslim bakliyat kalitesini değerlendirmek için kullanılan bir yöntem gösterir. Hızlı artış kez STM devresi ve tünel Kavşağı arasında empedans uyumsuzluk nedeniyle için pompa ve sonda nabız kullanıldığında zil görülmektedir. Çapraz korelasyon, pompa ve sonda nabız sıfır gecikme aracılığıyla sondayı darbesinin göreli gecikme süpürme tarafından oluşturulabilir. Pompa ve sonda nabız I(V) ölçümleri karakteristik doğrusal olmayan davranış nedeniyle çakıştığında geçerli tünel güçlü bir artış ortaya çıkar. Zil tünel içinde daha küçük genlik salınımlarını kökeni ile her iki tarafta geçerli kendini gösteriyor. Bakliyat 2,5 artış günleri artırarak 25 ns ns, zil güçlü bir baskı gözlenen. Her darbe artış zamanı ile oluşturulan sinyaller göreli uzaklığı darbe genişliği dahil bakliyat artış kere ölçülür aslında bir sonucudur. Bu nedenle, darbeleri ile 2,5 ns artış kat daha tümleşik bölgesi, ve bu nedenle daha büyük akım, bakliyat 25 ns artış kez ile karşılaştırıldığında entegre. Bu o nicel karşılaştırma vurgular kullanılan bakliyat artış zamanlarında eşit olduğunda TR-STM ölçümleri yalnızca gerçekleştirilmelidir.

Şekil 5 TR-STS gösterir. Bu ölçümlerde, pompa nabzı geçici Vthr, yukarıda ve hemen SorguladıSARAYBOSNA sonda nabzı geçici devlet gürültülerinden sonra sistemi getiriyor. Geçici devlet gürültülerinden sadece kafa + sonda ile elde edilen sinyal--dan sonda ile alınan sinyal çıkararak eşlenebilir. Pompa + sonda ve yoklama tek sinyal doğrudan karşılaştırıldığında herhangi bir histeresis TR-STS tarafından probed dinamik süreçlerin göstergesidir. Sabit DC mahsup önyargı değerini değiştirerek, TR-STS tarafından probed olabilir sistem dinamiği verimli bir şekilde tespit edilebilir.

TR-STS, pompa ve sonda nabız süresi dikkate almak önemlidir. Pompa darbe kararlı bir duruma sisteminin ikna etmek için yeterince uzun olmalıdır (Yani, pompa bu yüksek gürültülerinden duruma). Sonda darbe süresi çok uzun ise, ancak, daha sonra düşük sonda genlikleri DB gürültülerinden ölçüm sırasında dinlenebilirler. Bu durumda, sonda nabız her iki yüksek ve düşük gürültülerinden Devletleri DB örnek ve histeresis görünürlüğünü azaltmak. Bu nedenle, histeresis görünürlüğünü maksimize etmek için sonda darbe süresi yüksek gürültülerinden devlet gevşeme oranını kısa olmalıdır.

Şekil 6 saat çözüldü ölçümleri dopant gevşeme ve uyarma dinamiği gösterir. TR-STS, olduğu gibi örnek bir sabit DC mahsup önyargı Vthraşağıda ayarlanır ve pompa bakliyat geçici sistem Vthryukarıda getirmek. Gevşeme dynamics sonda bakliyat (şekil 6A) göreli gecikme süpürme tarafından probed. Sondayı göreli gecikme (şekil 6B) bir fonksiyonu olarak geçerli bir arsa ΓaçılmasınıHL izin tek bir üstel çürüme ile uygun. Bu hızla asla tek bir döngüsü için görülmektedir, daha doğrusu ΓHL hangi birçok olaylar oluşur saat ortalama olarak tünel geçerli anlaşılmaktadır unutmamak önemlidir. Bunun dışında ki bu durumda tek bir dopant ömrünü ölçümleri bir topluluk çünkü karakterize edilebilir nerede heyecanlı bir devlet ömrünü bir topluluk, tek ölçümleri belirlenebilir optik spektroskopisi için benzerdir bu STM ucunu tarafından probed. Sonda geçerli 6B rakam gözlenen sıfır, ancak oldukça sabit bir uzaklığı çürüme değil unutmamak gerekir. Pompa nabız ölçüm süre içinde çürüme değil ( şekil 3 cmilisaniyelik ölçekli telgraf gürültü olarak kutlanan) dynamics heyecanlandıran olmasıdır. Bu DB altında eğitim gürültülerinden farklı gevşeme zamanı sabitleri ile iki dopants tarafından işlenir gösterir. Şekil 6C nerede pompa genliği-0.25 V-0.6 V çeşitli denetim deney gösterir. Ömür boyu iyonize devletin pompa genlik bir fonksiyonu olarak bir değişiklik ek dinamik süreçler yakın Vthrenerjisine bulunduğunu gösterir. ΓHL -2.05 V sabit olduğundan, yalnızca iki tespit dopants şarj durumları DB gürültülerinden çoğunluğuna sonuçlandı.

Uyarma dynamics pompa darbe (şekil 6D) genişliğini süpürme tarafından probed. Γ LH saat ortalama akım üstel bir uyum pompa genişliği (şekil 6E) bir fonksiyonu olarak ayıklandı. Pompalanan önyargı Vthrgeçmediği zaman pompa genişlik ve tünel arasında gözlenen hiçbir bağımlılık geçerli dopants tarafsız kalmak çünkü yoktur. Pompalanan önyargı Vthraştığında, bir elektron iyonize dopant bırakarak ipucu dopant tünel kazabiliriz. Pompa genişliğini süpürme tarafından hangi dopant iyonize ortalama oran eşleştirilir. Şekil 6F ΓLH bağımlılığı pompanın genlik bir işlev olarak inceler. Eğer bir DB tek dopant tarafından işlenir, ΓLH katlanarak pompanın genlik ile tüm önyargı aralığı16ölçeklemek için bekleniyor. Dopant's İyonizasyon hızı katlanarak ölçekler ucuna kadar uygulanan önyargı ile yerel elektrik alanı gücüne bağlı olduğundan bu bekleniyor. Bütün önceki rakamlar okudu DB'dir, AB1-2.05 V,-2.1 V-2.25 V ve bir adım arasındaki üstel bir bağımlılık gösterir. Bu adımdır daha fazla kanıt DB1 iki yakındaki dopants tarafından işlenir. Üstel bir bağımlılık DB2 için V -1,3 aralığında-1.6 V, bir tek dopant bu geçişli gösteren gözlendi. DB2 milisaniyelik zaman ölçeği ötesinde herhangi bir dynamics sergi değil ve bu nedenle ile diğer zaman çözüldü teknikleri eğitimi değil.

Figure 1
Şekil 1: çalışma ve onun ilişkili enerji diyagramı sistemin şematik. (A) DB DB toplu ve oranları Γtoplu ve Γileİpucu, ipucu için DB geçen elektronların ağırlıklı olarak oluşan doğrudan bir silikon üstüne yerleştirilmiş STM İpucu tarafından örnek mevcut anılan sıraya göre. Yeşil topları tarafından temsil arsenik dopants de var (ΓHL) doldurma ve boşaltma zaman çözüldü STM ölçümleri tarafından probed oranları (ΓLH). Dopant tarafsız (siyah eğri), artan bir gürültülerinden sonuçları olduğunda (B) iletim bant kenarına bir iyonize dopant (yeşil eğri) huzurunda göreli olarak indirilmiş. Enerji diyagramı -2,0 V bir örnek önyargı için hesaplandı. Mavi renkli alanı dolu Birleşik temsil eder. Bu rakam Rashidi vd izni ile çekilen 16 Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 2
Şekil 2: öyle ki TR-STM bu çalışmada açıklanan yöntemler ile yapılabilir ticari STM için yapılması gereken gerekli değişikliklerin. DC mahsup önyargı için örnek uygulanır ve STM spektroskopisi sırasında görüntüleme ve geleneksel, STM ucu topraklanmış olduğunu. Zaman zaman çözüldü ölçümleri için kullanılan, iki bağımsız kanallı bir rasgele işlev üreteci tarafından oluşturulan sinyalleri toplanır ve yüksek frekanslı kablolama ile donatılmış olması gerekir STM ucuna beslenir. İki Radyofrekans anahtarları darbe trenler denetlemek için kullanılır. Geçerli tünel örnek tarafında ölçülür. Bu rakam Rashidi vd izni ile çekilen 16 Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 3
Şekil 3: geleneksel STM ile seçilen bir DB spektroskopik davranışını. (A) bir I(V) ölçüm sabit yükseklikte toplanan DB üzerinde. (B) sabit akım STM görüntüleri (-2.1 V, sol), ötesinde DB (V, orta -2,0) ve (-1.8 V, sağ) aşağıda eşik gerilimi. Dimer satırları H-Si(100)-(2x1) yeniden paralel çubuklar görüntülenir. (C) ile geçerli geribildirim STM eşik gerilimi (-2.01 V) DB üzerinden elde bir geçerli saat izleme kapalı alanının denetleyicisi iki durumlu telgraf gürültü milisaniyelik zaman ölçeği görüntüler. Bu rakam Rashidi et. al. izni ile çekilen 16 Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 4
Şekil 4: çapraz korelasyon tünel kavşağında pompa ve yoklama bakliyat,. (A)şeması çapraz korelasyon darbe sıralarının. Statik bir DC mahsup önyargı (yeşil bar) için örnek uygulanır. Pompa bakliyat (kırmızı Bar) ve sonda bakliyat (Mavi çubuklar) arasındaki göreli gecikme sıfır gecikme ile süpürüldü. Pompa ve sonda nabız iki ucuna kadar gönderilen bakliyat tren temsil eder. (B) ucunu H-Si üzerinde konumlandırılmış ve pompa-sonda çiftlerinin bir tren tünel birleşim için teslim edilir. Sonda göreli gecikme firar kenarına pompa sonda öncü için ölçülür ve-900 süpürüldü oldu 900 ns ns. Statik bir DC ofset-1,0 V örnek için uygulandı. Pompa ve yoklama genlikleri-0.50 V 200 ns genişliklere sahip kuruldu. Bakliyat yükselişi/Sonbahar zaman 25 için kuruldu ns (siyah), 10 ns (kırmızı) ve 2.5 ns (mavi). Geçerli sondayı yirmi ölçüm istihdam % 5 iş hacmi hesaba katan bir faktörü ile çarpılır, ancak, hiçbir gerçeği her darbe tren tümleşik bölgelerinde farklı için düzeltmek için girişimde bulunuldu. İç metin: 0 ve 900 ns bağıl arasındaki gecikme zil bir resimin. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 5
Şekil 5: I(V) spektroskopisi (TR-STS) tünel tarama zaman çözüldü. TR-STS darbe sıralarının(a)şeması. Statik bir DC mahsup önyargı (yeşil bar) için örnek uygulanır. Pompa bakliyat (Kırmızı çubuklar) prob bakliyat (Mavi çubuklar) koyun. Pompa ve sonda nabız iki ucuna kadar gönderilen bakliyat tren temsil eder. (B) TR-STS 1 µs genişliği pompa ve sonda nabız ölçüm. Pompa (kırmızı üçgen) olmadan ve pompa (mavi daireler) eğriler arasında histeresis sistemi bistabil nerede önyargı aralıkla çakışıyor. -1.80 V DC önyargı ayarla,-0.50 V pompa önyargı olduğunu ve sonda önyargı 500'dan 50'ye süpürüldü mV. Bakliyat yükseldi ve düşmüş 25 kez ns, trailing edge pompa ve öncü sonda darbesinin arasındaki göreli gecikme olduğunu 10 ns ve repletion oranı olduğunu 25 kHz. Bu rakam Rashidi et. al. izni ile çekilen 16 Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 6
Şekil 6: zaman çözüldü ölçümleri dopant uyarma ve gevşeme dinamiği. (A,D) Nabız sıralarının şemaları. Statik bir DC mahsup önyargı (yeşil bar) için örnek uygulanır. Pompa bakliyat (Kırmızı çubuklar) prob bakliyat (Mavi çubuklar) koyun. Pompa ve sonda nabız iki ucuna kadar gönderilen bakliyat tren temsil eder. ΓHL ölçümü (B) pompa ve sonda nabız göreli gecikme süpürme tarafından yapılır. Pompa ve sonda nabız 1 µs genişlikleri var. -1.80 V DC başlangıcı için örnek uygulanır; pompa ve sonda nabız sırasıyla-0.4 ve-0.21 V, genlikleri var. Düz çizgi tek bir Üstel fonksiyon verilerle bir seçimdir. ΓHL farklı pompa genlikleri, (C) ölçümleri. Hata çubukları üstel bağlantı parçaları standart hataları gösterir. ΓLH (E) ölçüm süresi pompa süpürme tarafından yapılır. -1.80 V DC başlangıcı için örnek uygulanır ve seçili DB-2.05 V sonda bakliyat-0.21 Vthr V. bir genliği sahip. Düz çizgi tek bir Üstel fonksiyon verilerle bir seçimdir. İki farklı pompa genlikleri de ΓLH (F) ölçümleri seçili DBs. DB1 (kırmızı üçgen) olan metindeki tüm ölçümler için kullanılan DB. DB2 farklı seçili DB'dir ve Rashidi vd. tümüyle tanımlanmış 16 uyan tek bir Üstel fonksiyon ile veri düz çizgiler vardır. Bu rakam Rashidi vd izni ile çekilen 16 Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Sistem yüksek frekansta yerine sürekli örneklenir dışında TR-STS pompa darbe uygulanmamış türevi geleneksel STS için karşılaştırılabilir gibidir. Sonda bakliyat süreleri uygun ise (>ΓLH), TR-STS sinyal elde olmadan pompa darbe deneyi iş hacmi tam olarak geleneksel bir STS ile aynı tarihte orantılı bir sabit ile çarpımı ölçüm. Aksi halde kullanılan alçak geçiren filtre uygulama nedeniyle sinyal bilinmeyen bir bölümünü azaltmak bir kilit-in amplifikatör, kullanımı olmadan ölçümleri yapılır tek mümkün olmasıdır. Bu isteksiz ve ark. tarafından istihdam yöntemleri arasında önemli bir fark olduğunu 11 ve bu bu çalışmada sunulan. Bir kilit amplifikatör kullanımı ölçümleri duyarlılığını artırmak için kullanılan, ancak TR-STS doğrudan karşılaştırma geleneksel STS ölçümleri ile engeller. Bu duyarlılık gerekli olduğu sistemlerinde, bu her iki yöntem konserde, öyle ki Denemecileri verimli dynamics için arayabilirsiniz ve hassasiyet için açık kilitli amplifikatör eklendi kapalı kilitli amplifikatör ile kullanılabilir olduğu tahmin edilmektedir uyarma ve gevşeme dinamikleri karakterizasyonu sırasında.

Bu tekniklerin en büyük dezavantajı kendi zamansal çözünürlük için birkaç nanosaniye şu anda sınırlı olmasıdır. Bu büyüklükte birkaç emir Kavşağı-karıştırma veya optik teknikleri ile elde edilebilir daha yavaş olduğunu. Bu gerilim darbeleri ile alt nanosaniye artış kez, STM devre ile tünel birleşim31arasında empedans uyumsuzluğu nedeniyle kullanıldığında oluşan sinyal zil, bir sonucudur. Nitekim, tüm elektronik yöntemleri zaman çözünürlüğü 120 ps34 iyi elde ettik ama henüz bu çözünürlükte dynamics araştırmak için kullanılmamış. En iyi şekilde tasarlanmış bir STM mükemmel empedans uyumlu STM devre mükemmel empedans uyumsuz olurdu tünel birleşim öncesine kadar olurdu. Bu bozulma ve sefahat darbesinin ortadan kaldırmak ve mikrodalga güç yansıtmak yerine kavşak teslim. Elde edilen zil sesi ortadan kaldırmak için bir strateji bakliyat etkin zayıflatılmış böylece ilave dağılımı STM devre eklemek olacaktır.

Bu çalışmada, en basit yaklaşım alınmıştır, ticari STM iç hiçbir değişiklik yapılmadı Yani . Bir çapraz korelasyon tekniği hangi sonra sadece darbeler artış zamanlarında genişleterek minimize çalıyor, karakterize etmek için kullanıldı. Bakliyat artış zaman zaman çözünürlüğü sınırlar, çünkü, bu strateji bu teknikleri (birkaç ns) sınırları, zaman ölçeği üzerinde meydana gelen dinamik süreçler karakterize etmek için kullanılamaz. Bu durumlarda, zil aktif Grosse vd tarafından geliştirilen teknikler istihdam ederek bastırılması 31 , hangi içeren rasgele işlev üreteci ve tünel birleşim transfer fonksiyonu için hesap bakliyat şekillendirme.

TR-STM için tüm elektronik yaklaşımın diğer önemli TR-STM yaklaşımlar üzerinde pek çok avantajı vardır. İlk olarak, kavşak karıştırma STM ile karşılaştırıldığında, bu yaklaşım herhangi bir özel örnek yapılar gerektirmez. Geleneksel STM ile taranabilir herhangi bir örnek bu teknikler için mükellef olmalıdır. Ayrıca, tüm elektronik yaklaşım STM veya ultrafast optik kullanımı için önemli değişiklikler gerektirmez. Gerçekten de, bu teknikleri gerçekleştirmek için gereken STM devresi için yapılan değişiklikleri yüksek frekanslı kablolama ile ticari STMs kullanılabilir son derece mütevazı şunlardır. Ayrıca, tüm elektronik yaklaşımla probed dynamics bakliyat STM ucunu sağlanır tamamen yerel şunlardır. SPPX-STM nerede olay lazer bakliyat sadece birkaç kare mikrondan odaklı ile karşıttır. Son olarak, tüm elektronik yöntemi doğru pompa ve sonda, doğrudan karşılaştırma standart STM ölçümlere izin önyargıları işleme yeteneği verir. Bu birkaç bu yazıda açıklanan teknikleri Merkezi ve TR-STM optik yaklaşımlar benzer darbe dizileri uygulamak mümkün olabilir ancak, deneysel olarak zordur.

Burada ölçü şarj dynamics atomik Uzaysal çözünürlük ve nanosaniye zamansal çözünürlük ile sunulan deneysel teknikleri. Bu çok kolay yaklaşım ile belirlenmesi için yeni fizik bir zenginlik olduğunu. Örneğin, tek atom dinamikleri teknolojik açıdan büyüleyici ve önemli. Tek atom dynamics daha önce geleneksel STM sınırlamalar içinde incelenmiştir ama benzer araştırma altı ek büyüklük (dan nano saniye milisaniye) işler için bu teknik kapıyı açar. Özellikle, bu köprü boşluğu genellikle onları altında yatan temel işlemler için STM içinde gözlenen yavaş olaylardan.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarlar onlar rakip hiçbir mali çıkarları var bildirin.

Acknowledgments

Martin Cloutier ve Mark Salomons teknik uzmanlık için teşekkür etmek istiyorum. Biz de NRK, NSERC ve AITF mali destek için teşekkür ederiz.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Low Temperature Scanning Tunneling Microscope Scientaomicron Custom-made with 500MHz bandwidth wiring
Arbitarary Function Genorator Tektronix AFG3252C
RF Power Splitter/ Combiner Mini-Circuits ZFRSC-42-S +
RF Switch Mini-Circuits X80-DR230-S +
Non-Contact Infrared Pyrometers Micron Infrared MI 140

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Nunes, G., Freeman, M. R. Picosecond resolution in scanning tunneling microscopy. 262 (5136), Science. New York, N.Y. 1029-1032 (1993).
  2. Khusnatdinov, N. N., Nagle, T. J., Nunes, G. Ultrafast scanning tunneling microscopy with 1 nm resolution. Appl. Phys. Lett. 77 (26), 4434-4436 (2000).
  3. Takeuchi, O., Morita, R., Yamashita, M., Shigekawa, H. Development of time-resolved scanning tunneling microscopy in femtosecond range. Jpn. J. Appl. Phys. 41 (7 B), 4994-4997 (2002).
  4. Terada, Y., Yoshida, S., Takeuchi, O., Shigekawa, H. Real-space imaging of transient carrier dynamics by nanoscale pump-probe microscopy. Nat. Photon. 4 (12), 869-874 (2010).
  5. Yoshida, S., Yokota, M., Takeuchi, O., Oigawa, H., Mera, Y., Shigekawa, H. Single-atomic-level probe of transient carrier dynamics by laser-combined scanning tunneling microscopy. Appl. Phys. Express. 6 (3), (2013).
  6. Kloth, P., Wenderoth, M. From time-resolved atomic-scale imaging of individual donors to their cooperative dynamics. Science Ad. 3, (2017).
  7. Cocker, T. L., et al. An ultrafast terahertz scanning tunnelling microscope. Nat. Photon. 7 (8), 620-625 (2013).
  8. Yoshioka, K., et al. Real-space coherent manipulation of electrons in a single tunnel junction by single-cycle terahertz electric fields. Nat. Photon. 10 (12), 762-765 (2016).
  9. Jelic, V., et al. Ultrafast terahertz control of extreme tunnel currents through single atoms on a silicon surface. Nat. Phys. 13, 591-598 (2017).
  10. Cocker, T. L., Peller, D., Yu, P., Repp, J., Huber, R. Tracking the ultrafast motion of a single molecule by femtosecond orbital imaging. Nature. 539 (7628), 263-267 (2016).
  11. Loth, S., Etzkorn, M., Lutz, C. P., Eigler, D. M., Heinrich, A. J. Measurement of Fast Electron Spin Relaxation Times with Atomic Resolution. Science. 329 (5999), 1628-1630 (2010).
  12. Loth, S., Baumann, S., Lutz, C. P., Eigler, D. M., Heinrich, A. J. Bistability in Atomic-Scale Antiferromagnets. Science. 335 (6065), (2012).
  13. Baumann, S., Paul, W., Choi, T., Lutz, C. P., Ardavan, A., Heinrich, A. J. Electron paramagnetic resonance of individual atoms on a surface. Science. 350 (6259), 417-420 (2015).
  14. Yan, S., Choi, D. -J., Burgess, J. A. J., Rolf-Pissarczyk, S., Loth, S. Control of quantum magnets by atomic exchange bias. Nat. Nano. 10 (1), 40-45 (2014).
  15. Rashidi, M., et al. Time-Resolved Imaging of Negative Differential Resistance on the Atomic Scale. Phys. Rev. Lett. 117 (27), 276805 (2016).
  16. Rashidi, M., et al. Time-resolved single dopant charge dynamics in silicon. Nat. Comm. 7, 13258 (2016).
  17. Koenraad, P. M., Flatté, M. E. Single dopants in semiconductors. Nat. Mat. 10 (2), 91-100 (2011).
  18. Kane, B. E. A silicon-based nuclear spin quantum computer. Nature. 393 (6681), 133-137 (1998).
  19. Freer, S., et al. A single-atom quantum memory in silicon. Quantum Science and Technology. 2, 3-14 (2016).
  20. Fuechsle, M., et al. A single-atom transistor. Nat. Nano. 7 (4), 242-246 (2012).
  21. Lyding, J. W., Shen, T. -c, Hubacek, J. S., Tucker, J. R., Abeln, G. C. Nanoscale patterning and oxidation of H-passivated Si(100)-2×1 surfaces with an ultrahigh vacuum scanning tunneling microscope. Appl. Phys. Lett. 64 (118), 2010-2012 (1994).
  22. Livadaru, L., et al. Dangling-bond charge qubit on a silicon surface. New J. Phys. 12 (8), 83018 (2010).
  23. Haider, M. B., Pitters, J. L., DiLabio, G. A., Livadaru, L., Mutus, J. Y., Wolkow, R. A. Controlled Coupling and Occupation of Silicon Atomic Quantum Dots at Room Temperature. Phys. Rev. Lett. 102 (4), 46805 (2009).
  24. Taucer, M., et al. Single-Electron Dynamics of an Atomic Silicon Quantum Dot on the H - Si (100)-(2x1) Surface. Phys. Rev. Lett. 112 (25), 256801 (2014).
  25. Engelund, M., Papior, N., Brandimarte, P., Frederiksen, T., Garcia-Lekue, A., Sánchez-Portal, D. Search for a Metallic Dangling-Bond Wire on n -Doped H-Passivated Semiconductor Surfaces. J. Phys. Chem. C. 120 (36), 20303-20309 (2016).
  26. Bohloul, S., Shi, Q., Wolkow, R. A., Guo, H. Quantum Transport in Gated Dangling-Bond Atomic Wires. Nano Lett. 17, 322-327 (2017).
  27. Kolmer, M., Zuzak, R., Dridi, G., Godlewski, S., Joachim, C., Szymonski, M. Realization of a quantum Hamiltonian Boolean logic gate on the Si(001):H surface. Nanoscale. 7, 12325-12330 (2015).
  28. Schofield, S. R., et al. Quantum engineering at the silicon surface using dangling bonds. Nat. Comm. 4, 1649 (2013).
  29. Wood, J. A., Rashidi, M., Koleini, M., Pitters, J. L., Wolkow, R. A. Multiple Silicon Atom Artificial Molecules. https://arxiv.org/abs/1607.06050. , (2016).
  30. Pitters, J. L., Piva, P. G., Wolkow, R. A. Dopant depletion in the near surface region of thermally prepared silicon (100) in UHV. J. Vac. Sci. Technol. 30 (2), 21806 (2012).
  31. Grosse, C., Etzkorn, M., Kuhnke, K., Loth, S., Kern, K. Quantitative mapping of fast voltage pulses in tunnel junctions by plasmonic luminescence. Appl. Phys. Lett. 103 (18), (2013).
  32. Boland, J. J. Scanning tunnelling microscopy of the interaction of hydrogen with silicon surfaces. Adv. Phys. 42, 129-171 (1993).
  33. Rezeq, M., Pitters, J., Wolkow, R. Tungsten nanotip fabrication by spatially controlled field-assisted reaction with nitrogen. J. Chem. Phys. 124, 204716 (2006).
  34. Saunus, C., Raphael Bindel, J., Pratzer, M., Morgenstern, M. Versatile scanning tunneling microscopy with 120 ps time resolution. Appl. Phys. Lett. 102 (5), (2013).

Tags

Mühendisliği sayı: 131 tüm elektronik zaman çözüldü tarama tünel mikroskobu zaman çözüldü-tarama tünel spektroskopisi dopant dynamics silikon sarkan tahvil tüm elektronik pompa-sonda spektroskopisi tek atom şarj dinamikleri
Tüm elektronik Nanosecond çözüldü tarama tünelleme mikroskobu: tek Dopant şarj Dynamics incelenmesi kolaylaştırılması
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Rashidi, M., Vine, W., Burgess, J.… More

Rashidi, M., Vine, W., Burgess, J. A. J., Taucer, M., Achal, R., Pitters, J. L., Loth, S., Wolkow, R. A. All-electronic Nanosecond-resolved Scanning Tunneling Microscopy: Facilitating the Investigation of Single Dopant Charge Dynamics. J. Vis. Exp. (131), e56861, doi:10.3791/56861 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter