Name: Tüm elektronik Nanosecond çözüldü tarama tünelleme mikroskobu: tek Dopant şarj Dynamics incelenmesi kolaylaştırılması (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-01-19T14:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 33 s
Description: Keşfedin, tam elektronik zaman çözümlü taramalı tünelleme mikroskobu ile silikondaki tek katkı maddesi yük dinamiklerini nanosaniye çözünürlükle nasıl inceleyebilirsiniz.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

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

1. ilk kurulum mikroskop ve deneyler
<ol><li>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.</li>
	<li>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
</li>
	<li>Pompa-sonda deneyler için kullanılan gerilim darbe çifti döngüleri hazırlamak için kullanılan ucu (Şekil 2), en az iki kanallı bir rasgele işlev üreteci bağlayın.</li>
	<li>Pompa ve Yoklama gerilim darbeleri bağımsız olarak oluşturulan ve ucunu beslenen önce özetlenebilir rasgele işlev üreteci yapılandırın.</li>
	<li>Görüntüleme ve geleneksel spektroskopisi (VDC) örnek için kullanılan DC önyargı gerilim uygulanır.</li>
	<li>İki radyo frekansı anahtarları rasgele işlev jeneratör çıkış kanallara bağlayın.</li>
	<li>Anahtarları ucu STM görüntüleme ve geleneksel spektroskopisi sırasında cezalı, etkili önyargı VDC + Vucu (şekil 4A) pompa-sonda deneyler sırasında böylece ve yapılandırın.</li>
	<li>Geçerli örnek için bağlı bir Pre amplifikatör ile tüm ölçümler için tünel oluşturma toplamak.</li>
</ol>2. H-Si(100)-(2x1) yeniden hazırlanması
<ol><li>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.</li>
	<li>STM örnek tutucusu örneğe yapıştırmayın ve ultrahigh bir vakum odası STM odasına bitişik tanıtmak.</li>
	<li>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.</li>
	<li>Devam etmeden önce oda sıcaklığına kadar soğutmak örnek sağlar.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>1 x 10-6 Torr basınçta odasına H2 gaz sızıntısı ve tungsten filaman 1800 ° c ısı Not: Bu atmoic hidrojen32H2 çatlama etkiye sahiptir.</li>
	<li>5 için o sıcaklıkta tutan örnek 1250 ° c, yanıp sönen önce örneği 2 min için bu koşullarda basılı s ve 330 ° C'ye soğutma</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
</ol>3. pompa-sonda bakliyat tünel kavşağında kalitesini değerlendirmek
<ol><li>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.</li>
	<li>Büyük yüzey kusuru örnek yüzeyinde bir alan için geniş bir alan taramaları (Örneğin, 50 nm x 50 nm) alarak bak.</li>
	<li>Pozisyon STM ipucu bir H-Si yüzeyi üzerinde hangi STM görüntüleri (şekil 3B) dimer satır olarak görünür.</li>
	<li>Geçerli geribildirim denetleyicisi açmak</li>
	<li>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).</li>
	<li>Nerede göreli gecikme pompa ve sonda-900 süpürüldü pompa ve sonda nabız tren bir dizi göndermek için 900 ns ns.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
</ol>4. zaman-çözüldü spektroskopisi (TR-STS) tünel tarama
<ol><li>Pozisyon STM negatif uç örnek önyargıları (şekil 3B), parlak çıkıntılar olarak görüntülendiği bir silikon DB, üzerinde ipucu.</li>
	<li>STM geçerli geribildirim denetleyicisi açmak.</li>
	<li>
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.<ol>
<li>Bir sinyal gürültü oranı elde edilen spectra sahip olduğunu darbe trenler (her biri farklı bir önyargı ile) süresi yapılandırmak > 10.</li>
	</ol>
</li>
	<li>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.</li>
	<li>
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.<ol>
<li>Sadece pompa darbe görüntüleme/bu adıma toplanan sinyal değerlendirirken uygulandığında elde edilen sinyal çıkarma.</li>
	</ol>
</li>
	<li>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.</li>
</ol>5. zaman çözüldü STM ölçümleri gevşeme dinamiği
<ol><li>STM ipucu bir silikon DB üzerinde konumlandırın ve STM geçerli geribildirim denetleyicisi açmak.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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).</li>
	<li>Birkaç on µs kadar pompa ve yoklama nabız arasında gecikme süpürme.</li>
	<li>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.</li>
</ol>6. zaman çözüldü STM ölçümleri uyarma dinamiği
<ol><li>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.</li>
	<li>Birkaç yüz nanosaniye için birkaç nanosaniye gelen pompa darbe süresi süpürme.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
</ol>

<ol><li>Nunes, G., Freeman, M. R. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aNunes%2C+G+%22Picosecond+resolution+in+scanning+tunneling+microscopy%22">Picosecond resolution in scanning tunneling microscopy</a>. 262 (5136), Science. New York, N.Y. 1029-1032 (1993).</li>
<li>Khusnatdinov, N. N., Nagle, T. J., Nunes, G. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.1336817">Ultrafast scanning tunneling microscopy with 1 nm resolution.</a> Appl. Phys. Lett. 77 (26), 4434-4436 (2000).</li>
<li>Takeuchi, O., Morita, R., Yamashita, M., Shigekawa, H. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1143/JJAP.41.4994/pdf">Development of time-resolved scanning tunneling microscopy in femtosecond range.</a> Jpn. J. Appl. Phys. 41 (7 B), 4994-4997 (2002).</li>
<li>Terada, Y., Yoshida, S., Takeuchi, O., Shigekawa, H. <a target="_blank" href="http://www.nature.com/nphoton/journal/v4/n12/abs/nphoton.2010.235.html">Real-space imaging of transient carrier dynamics by nanoscale pump-probe microscopy.</a> Nat. Photon. 4 (12), 869-874 (2010).</li>
<li>Yoshida, S., Yokota, M., Takeuchi, O., Oigawa, H., Mera, Y., Shigekawa, H. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.7567/APEX.6.032401/pdf">Single-atomic-level probe of transient carrier dynamics by laser-combined scanning tunneling microscopy.</a> Appl. Phys. Express. 6 (3), (2013).</li>
<li>Kloth, P., Wenderoth, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((From+time-resolved+atomic-scale+imaging+of+individual+donors+to+their+cooperative+dynamics%5BTitle%5D)+AND+%22Science+Ad%22%5BJournal%5D)">From time-resolved atomic-scale imaging of individual donors to their cooperative dynamics.</a> Science Ad. 3, (2017).</li>
<li>Cocker, T. L., et al. <a target="_blank" href="https://www.nature.com/nphoton/journal/v7/n8/full/nphoton.2013.151.html">An ultrafast terahertz scanning tunnelling microscope.</a> Nat. Photon. 7 (8), 620-625 (2013).</li>
<li>Yoshioka, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.nature.com/nphoton/journal/v10/n12/full/nphoton.2016.205.html?WT.feed_name=subjects_optical-manipulation-and-tweezers">Real-space coherent manipulation of electrons in a single tunnel junction by single-cycle terahertz electric fields.</a> Nat. Photon. 10 (12), 762-765 (2016).</li>
<li>Jelic, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.nature.com/nphys/journal/v13/n6/full/nphys4047.html">Ultrafast terahertz control of extreme tunnel currents through single atoms on a silicon surface.</a> Nat. Phys. 13, 591-598 (2017).</li>
<li>Cocker, T. L., Peller, D., Yu, P., Repp, J., Huber, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tracking+the+ultrafast+motion+of+a+single+molecule+by+femtosecond+orbital+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Tracking the ultrafast motion of a single molecule by femtosecond orbital imaging.</a> Nature. 539 (7628), 263-267 (2016).</li>
<li>Loth, S., Etzkorn, M., Lutz, C. P., Eigler, D. M., Heinrich, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measurement+of+Fast+Electron+Spin+Relaxation+Times+with+Atomic+Resolution%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Measurement of Fast Electron Spin Relaxation Times with Atomic Resolution.</a> Science. 329 (5999), 1628-1630 (2010).</li>
<li>Loth, S., Baumann, S., Lutz, C. P., Eigler, D. M., Heinrich, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bistability+in+Atomic-Scale+Antiferromagnets%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Bistability in Atomic-Scale Antiferromagnets.</a> Science. 335 (6065), (2012).</li>
<li>Baumann, S., Paul, W., Choi, T., Lutz, C. P., Ardavan, A., Heinrich, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electron+paramagnetic+resonance+of+individual+atoms+on+a+surface%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Electron paramagnetic resonance of individual atoms on a surface.</a> Science. 350 (6259), 417-420 (2015).</li>
<li>Yan, S., Choi, D. -J., Burgess, J. A. J., Rolf-Pissarczyk, S., Loth, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Control+of+quantum+magnets+by+atomic+exchange+bias%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Nano%22%5BJournal%5D)">Control of quantum magnets by atomic exchange bias.</a> Nat. Nano. 10 (1), 40-45 (2014).</li>
<li>Rashidi, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Time-Resolved+Imaging+of+Negative+Differential+Resistance+on+the+Atomic+Scale%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Time-Resolved Imaging of Negative Differential Resistance on the Atomic Scale.</a> Phys. Rev. Lett. 117 (27), 276805(2016).</li>
<li>Rashidi, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Time-resolved+single+dopant+charge+dynamics+in+silicon%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Comm%22%5BJournal%5D)">Time-resolved single dopant charge dynamics in silicon.</a> Nat. Comm. 7, 13258(2016).</li>
<li>Koenraad, P. M., Flatté, M. E. <a target="_blank" href="https://www.nature.com/nmat/journal/v10/n2/full/nmat2940.html">Single dopants in semiconductors.</a> Nat. Mat. 10 (2), 91-100 (2011).</li>
<li>Kane, B. E. <a target="_blank" href="http://www.nature.com/nature/journal/v393/n6681/abs/393133a0.html">A silicon-based nuclear spin quantum computer.</a> Nature. 393 (6681), 133-137 (1998).</li>
<li>Freer, S., et al. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/2058-9565/aa63a4">A single-atom quantum memory in silicon.</a> Quantum Science and Technology. 2, 3-14 (2016).</li>
<li>Fuechsle, M., et al. <a target="_blank" href="https://www.nature.com/nnano/journal/v7/n4/full/nnano.2012.21.html">A single-atom transistor.</a> Nat. Nano. 7 (4), 242-246 (2012).</li>
<li>Lyding, J. W., Shen, T. -c, Hubacek, J. S., Tucker, J. R., Abeln, G. C. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.111722">Nanoscale patterning and oxidation of H-passivated Si(100)-2×1 surfaces with an ultrahigh vacuum scanning tunneling microscope.</a> Appl. Phys. Lett. 64 (118), 2010-2012 (1994).</li>
<li>Livadaru, L., et al. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1367-2630/12/8/083018/meta">Dangling-bond charge qubit on a silicon surface.</a> New J. Phys. 12 (8), 83018(2010).</li>
<li>Haider, M. B., Pitters, J. L., DiLabio, G. A., Livadaru, L., Mutus, J. Y., Wolkow, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Controlled+Coupling+and+Occupation+of+Silicon+Atomic+Quantum+Dots+at+Room+Temperature%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Controlled Coupling and Occupation of Silicon Atomic Quantum Dots at Room Temperature.</a> Phys. Rev. Lett. 102 (4), 46805(2009).</li>
<li>Taucer, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Single-Electron+Dynamics+of+an+Atomic+Silicon+Quantum+Dot+on+the+H+-+Si+%28100%29-%282x1%29+Surface%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Single-Electron Dynamics of an Atomic Silicon Quantum Dot on the H - Si (100)-(2x1) Surface.</a> Phys. Rev. Lett. 112 (25), 256801(2014).</li>
<li>Engelund, M., Papior, N., Brandimarte, P., Frederiksen, T., Garcia-Lekue, A., Sánchez-Portal, D. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.jpcc.6b04540">Search for a Metallic Dangling-Bond Wire on n -Doped H-Passivated Semiconductor Surfaces.</a> J. Phys. Chem. C. 120 (36), 20303-20309 (2016).</li>
<li>Bohloul, S., Shi, Q., Wolkow, R. A., Guo, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantum+Transport+in+Gated+Dangling-Bond+Atomic+Wires%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Quantum Transport in Gated Dangling-Bond Atomic Wires.</a> Nano Lett. 17, 322-327 (2017).</li>
<li>Kolmer, M., Zuzak, R., Dridi, G., Godlewski, S., Joachim, C., Szymonski, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Realization+of+a+quantum+Hamiltonian+Boolean+logic+gate+on+the+Si%28001%29%3AH+surface%5BTitle%5D)+AND+%22Nanoscale%22%5BJournal%5D)">Realization of a quantum Hamiltonian Boolean logic gate on the Si(001):H surface.</a> Nanoscale. 7, 12325-12330 (2015).</li>
<li>Schofield, S. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantum+engineering+at+the+silicon+surface+using+dangling+bonds%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Comm%22%5BJournal%5D)">Quantum engineering at the silicon surface using dangling bonds.</a> Nat. Comm. 4, 1649(2013).</li>
<li>Wood, J. A., Rashidi, M., Koleini, M., Pitters, J. L., Wolkow, R. A. <a target="_blank" href="https://arxiv.org/abs/1607.06050">Multiple Silicon Atom Artificial Molecules.</a> https://arxiv.org/abs/1607.06050. , (2016).</li>
<li>Pitters, J. L., Piva, P. G., Wolkow, R. A. <a target="_blank" href="http://avs.scitation.org/doi/abs/10.1116/1.3694010">Dopant depletion in the near surface region of thermally prepared silicon (100) in UHV.</a> J. Vac. Sci. Technol. 30 (2), 21806(2012).</li>
<li>Grosse, C., Etzkorn, M., Kuhnke, K., Loth, S., Kern, K. <a target="_blank" href="http://adsabs.harvard.edu/abs/2013ApPhL.103r3108G">Quantitative mapping of fast voltage pulses in tunnel junctions by plasmonic luminescence.</a> Appl. Phys. Lett. 103 (18), (2013).</li>
<li>Boland, J. J. <a target="_blank" href="http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/00018739300101474">Scanning tunnelling microscopy of the interaction of hydrogen with silicon surfaces.</a> Adv. Phys. 42, 129-171 (1993).</li>
<li>Rezeq, M., Pitters, J., Wolkow, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tungsten+nanotip+fabrication+by+spatially+controlled+field-assisted+reaction+with+nitrogen%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Chem.+Phys%22%5BJournal%5D)">Tungsten nanotip fabrication by spatially controlled field-assisted reaction with nitrogen.</a> J. Chem. Phys. 124, 204716(2006).</li>
<li>Saunus, C., Raphael Bindel, J., Pratzer, M., Morgenstern, M. <a target="_blank" href="https://arxiv.org/abs/1302.6522">Versatile scanning tunneling microscopy with 120 ps time resolution.</a> Appl. Phys. Lett. 102 (5), (2013).</li>
</ol>

Yazarlar onlar rakip hiçbir mali çıkarları var bildirin.

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 ol...

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.

<table><tbody><tr><td>Düşük Sıcaklık Taramalı Tünel Açma Mikroskobu</td><td>Scientaomicron</td><td></td><td>500MHz bant genişliği kablolaması ile özel yapım</td></tr><tr><td>Hakem Fonksiyon Jeneratörü</td><td>Tektronix</td><td>AFG3252C</td><td></td></tr><tr><td>RF Güç Bölücü / Birleştirici</td><td>Mini Devreler</td><td>ZFRSC-42-S +</td><td></td></tr> <tr><td>RF Anahtar</td><td>Mini Devreleri</td><td>X80-DR230-S +</td><td></td></tr> <tr><td>Temassız Kızılötesi Pirometreler</td><td>Mikron Kızılötesi</td><td>MI 140</td><td></td></tr></tbody></table>

tüm elektronik nanosecond çözüldü tarama tünelleme mikroskobu: tek dopant şarj dynamics incelenmesi kolaylaştırılması

All-electronic Nanosecond-resolved Scanning Tunneling Microscopy: Facilitating the Investigation of Single Dopant Charge Dynamics

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.

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 k...

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

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

The miniaturization of semiconductor devices to scales where small numbers of dopants can control device properties requires the development of new ...

Elektronik zaman çözümlü taramalı tünelleme mikroskobunun genel amacı, atomik ölçekte meydana gelen dinamik süreçleri incelemektir. Bu deneylerde, silikondaki katkı maddelerinin yüklü dinamikleri incelenmiştir. Bu yöntemler, yarı iletkenlerdeki katkı maddelerinin elektronlarla sağlanma hızı veya tek tek atomların manyetik rezonansını sürmek için tünel akımlarının nasıl kullanılabileceği gibi nanoteknoloji ve fizik alanındaki ilginç olayları araştırmak için kullanılabilir.Bu tekniklerin temel avantajı, optiklerin tünel açma bağlantısına entegre edilmesine gerek kalmadan hızlı dinamiklerin incelenebilmesidir. Bu teknikler, düşük sıcaklıklar veya ultra yüksek vakumlu taramalı tünelleme mikroskopları ile sınırlı değildir. Başlamak için, ultra yüksek vakum ve kriyojenik sıcaklıklara kadar çıkabilen taramalı tünelleme mikroskobunu soğutun.Mikroskobun ucunun yaklaşık 500 megahertz kapasiteli yüksek frekanslı kablolarla donatıldığından emin olun. Ardından, uca en az iki kanallı isteğe bağlı bir fonksiyon üreteci bağlayın. İsteğe bağlı fonksiyon üretecini, pompa ve prob voltaj darbeleri bağımsız olarak üretilecek ve uca beslenmeden önce toplanacak şekilde yapılandırarak, pompa-prob deneyleri için kullanılan voltaj darbe çiftlerinin döngülerini hazırlayın.Ardından, geleneksel spektroskopide görüntüleme için kullanılan DC önyargı voltajını numuneye uygulayın. Ardından, isteğe bağlı fonksiyon üretecinin çıkış kanallarına iki radyo frekansı anahtarı bağlayın. Anahtarları, tarama, tünel açma, görüntüleme ve geleneksel spektroskopi sırasında uç topraklanacak şekilde yapılandırın.Numuneye bağlı bir ön amplifikatör aracılığıyla tüm ölçümler için tünel akımını toplayın. Bir silisyum karbür çizici kullanarak, bir silikon gofretin arkasını çizin. Ardından, numuneyi gofretten nazikçe koparmak için bir çift cam mikroskop lamı kullanın.Silikon kristallerini işlemek için seramik cımbız kullandığınızdan emin olun. Numuneyi bir tarama, tünelleme mikroskobu tutucusuna yapıştırın. Tutucuya sabitlendikten sonra, ultra yüksek vakum odasına yerleştirin.Ardından, numuneyi dirençli bir şekilde 600 santigrat dereceye ısıtarak ve ultra yüksek vakumda en az altı saat bu sıcaklıkta tutarak gazını alın. Numune soğutulduktan sonra, filamenti dirençli bir şekilde 1.800 santigrat dereceye ısıtarak ve sistemin taban basıncına geri dönmesini bekleyerek bir tungsten filamanı gazdan arındırmak için aynı odayı kullanın. Ardından, numuneyi 900 santigrat dereceye kadar yanıp sönerek ve tekrar oda sıcaklığına soğutmadan önce bu sıcaklıkta 10 saniye tutarak oksidi numune yüzeyinden çıkarın.1.250 santigrat derecelik bir son flaşa ulaşmaya çalışırken numuneyi kademeli olarak daha yüksek sıcaklıklara flaş edin. Her flaştan sonra numuneyi oda sıcaklığına soğumaya bırakın. Numunenin temiz kalmasını sağlamak için, basıncın dokuz çarpı 10'un üzerine çıkarak eksi 10 Torr'a yükseldiği yerde iptal yanıp söner.Daha sonra, hidrojen gazını hazneye 10 kere 10 eksi altı Torr basınçla sızdırın ve tungsten filamanı 1.800 santigrat dereceye ısıtın. Bu, gazı atomik hidrojene dönüştürecektir. Numuneyi 1.250 santigrat dereceye geri döndürmeden önce numuneyi bu koşullarda iki dakika tutun.1.250 santigrat derecede beş saniye sonra, tekrar 330 santigrat dereceye kadar soğutun. Sıcaklığı bir dakika boyunca 330 santigrat derecede tutun ve ardından aynı anda hidrojen sızıntı valfini kapatın ve tungsten filamanı kapatın. Numuneyi oda sıcaklığına soğumaya bırakın.Son olarak, akım geri besleme kontrolörünü negatif 1.8 voltluk bir numune önyargısı, 50 pikoamperlik akım ayar noktası ile devreye sokarak ve kontrol yazılımının otomatik yaklaşma işlevini kullanarak numuneye yaklaşın. Yüzeyin kalitesini doğrulamak için yüzeyin alan taramalarını 50 x 50 nanometre mertebesinde yapın. %1'den daha az bir kusur oranında tek atom basamakları ile ayrılmış geniş teraslar olmalıdır Silikonun dimer sıraları bir, sıfır, sıfır, ikişer birer rekonstrüksiyon net bir şekilde çözülmelidir.Sarkan bağlar, alan durumu görüntülerinde parlak çıkıntılar olarak görünür. 50 nanometreye 50 nanometre boyutlarında geniş alan taramaları yaparak numune yüzeyinde büyük yüzey kusurlarından arınmış bir alan arayın. Elektronik zil sesini karakterize etmek için, ucu yüzeydeki bir hidrojen atomunun üzerine yerleştirin.Her yüzey silikon atomu bir hidrojen atomu ile sonlandırıldığından, bu, ucu yüzeydeki dimer sıralarının üzerine yerleştirmeye eşdeğerdir. Akım geri besleme denetleyicisini kapatın ve ardından DC voltajını eksi 1.0 volta ayarlayın, ardından pompa voltajını eksi 0.5 volta, prob voltajını eksi 0.5 volta, pompa ve prob darbelerinin genişliğini 200 nanosaniyeye ve darbelerin yükselme ve düşme süresi 2.5 nanosaniyeye. Ardından, pompa ve probun göreceli gecikmesinin eksi 900 nanosaniyeden 900 nanosaniyeye süpürüldüğü bir dizi pompa ve prob darbesi dizisi gönderin.Zillenme, orijinin her iki tarafındaki tünel akımındaki daha küçük genlikli salınımlarla kendini gösterir. Darbelerdeki yükselme sürelerini 2.5 nanosaniyeden 25 nanosaniyeye çıkararak, çınlamanın güçlü bir şekilde bastırıldığı gözlenir. En doğru spektroskopik sonuçları elde etmek için darbelerin yükselme ve düşme sürelerini artırarak çınlamayı ortadan kaldırın.Ancak, darbenin genişliğini artırmanın çözünürlüğü azaltacağını unutmayın. Ucu, negatif uç numune sapmalarında parlak çıkıntılar olarak görünen silikon sarkan bir bağın üzerine yerleştirin. Akım geri besleme denetleyicisini kapatın ve 25 kilohertz tekrarlama hızına sahip referans sinyali olarak yalnızca prob darbesinden oluşan bir tren gönderin.Bir dizi darbe dizisi üzerinden, prob darbesinin yanlılığını negatif 1,8 voltluk DC yanlılığından 500 milivoltluk bir aralıkta tarayın. Her nabız farklı bir önyargıya sahip olmalıdır. Bu adım, standart IV spektroskopisine eşdeğerdir, ancak azaltılmış görev döngüsüne sahiptir.Darbelerin genişliğinin en az 10'luk bir sinyal-gürültü oranı elde edecek kadar uzun olduğundan emin olun. Pompa voltajına eklenen DC voltajı, 25 kilohertz'lik bir tekrarlama oranı ile eşik voltajından daha büyük olacak şekilde sabit bir önyargıya ayarlanmış pompa darbelerinden oluşan bir tren gönderin. Ardından, prob darbeleri ve ardından 10 nanosaniyelik bir gecikme ile pompa darbelerinden oluşan bir tren gönderin.Yalnızca pompadaki probu ve prob sinyallerini aynı grafikte çizerek karşılaştırın. Küçük sinyallerdeki herhangi bir histerezis, zamanla çözülmüş STM teknikleriyle incelenebilecek dinamiklerin bir göstergesidir. Gevşeme dinamiklerini ölçmek için, mikroskobun ucunu silikon sarkan bir bağın üzerine yerleştirin ve akım geri besleme denetleyicisini kapatın.Ardından, pompa voltajına eklenen DC voltajı, 25 kilohertz'lik bir tekrarlama oranıyla eşik voltajından daha büyük olacak şekilde sabit bir önyargıya ayarlanmış pompa darbelerinden oluşan bir tren gönderin. Ardından, başka bir pompa ve prob darbesi dizisi gönderin. Prob darbelerinin pompalardan daha küçük bir genliğe sahip olduğundan ve histerezisin meydana geldiği aralıkla karşılaştırılabilir olduğundan emin olun.Son olarak, pompa ve prob darbesi arasındaki gecikmeyi birkaç on mikrosaniyeye kadar süpürün. Uyarma dinamiğinin belirlenmesi için, pompa voltajına eklenen DC voltajının 25 kilohertz'lik bir tekrarlama oranı ile eşik voltajından daha büyük olması için tekrar pompa darbelerinden oluşan bir tren gönderin. Pompa darbesinin süresini birkaç nanosaniyeden birkaç yüz nanosaniyeye kadar tarayın.Ardından, bir dizi pompa ve prob darbesi gönderin. Prob darbeleri, pompalardan daha küçük bir genliğe sahip olmalı ve histerezisin meydana geldiği aralıkla karşılaştırılabilir olmalıdır. Konvansiyonel taramalı tünelleme mikroskobu kullanılarak, silikon sarkan bağlar, alan durumu görüntülerinde negatif numune yanlılığında parlak çıkıntılar olarak ortaya çıkar.Bazı durumlarda, eksi iki voltta iletkenlikte keskin bir değişiklik gösterirler. Bu özel sarkan bağ için eksi 2.1 volt, eksi iki volt ve eksi 1.8 voltta çekilen görüntüler de bunu göstermektedir. Bu zaman çözümlü ölçümlerde, bir pompa darbesi sistemi geçici olarak voltaj eşiğinin üzerine getirir ve bir prob darbesinden hemen sonra geçici durumun iletkenliğini sorgular.Histerezisin görünürlüğünü en üst düzeye çıkarmak için, prob darbesinin süresi, yüksek iletilen durumun gevşeme oranından daha kısa olmalıdır. Katkı maddesi gevşeme dinamiklerini ölçerken, darbe dizileri pompa ve prob arasındaki gecikme açısından değişir. Zamanla sabit bir ofsete yerleşen tek bir üstel bozunma çıkarılır.Uyarma süreleri için, darbe sırası pompası voltaj genişliği değiştirilir. Pompanın genişliğini süpürerek, katkı maddesinin iyonize olduğu ortalama oran haritalanır. Mikroskop kurulumunuzdaki herhangi bir elektronik çınlamayı karakterize etmeniz önemlidir.Zil sesi, sinyal artefaktlarına neden olabilir ve ortadan kaldırılmalıdır. Ayrıca, nabız uzunluğunu uzatarak çınlamayı ortadan kaldırmanın zaman çözünürlüğü kaybına neden olacağını ve optimize edilmesi gerekeceğini unutmayın. Silikondaki katkı maddelerini incelemek için zaman çözümlü taramalı tünelleme mikroskobu göstermiş olsak da, bu teknikler diğer birçok fiziksel sisteme uygulanabilir.Bu tekniklerin temel avantajı, mikroskobunuzla hiçbir optik sistemin entegre edilmesine gerek olmamasıdır. Kriyojenler ve yüksek voltajlarla çalışmanın tehlikeli olabileceğini unutmayın. Mikroskobunuzu kurarken ve kullanırken daima güvenli bir çalışma ortamı sağlayın ve uygun güvenlik protokolünü izleyin.

all-electronic-nanosecond-resolved-scanning-tunneling-microscopy

Research

JoVE Journal

Engineering

Mühendislik

Tarama-prob tek elektron kapasite spektroskopisi lokalize yeraltı bölgelerde tek elektron hareket çalışma kolaylaştırır. Hassas bir şarj-algılama devre yarıiletken numune yüzeyinin altında dopant atomların küçük sistemleri araştırmak için bir kriyojenik tarama prob mikroskobu içine dahil edilmiştir.

Tarama-prob Tek elektron Kapasite Spektroskopisi

Bu makale, tünelleme mikroskobu çalışmalarını taramak için Coulomb safsızlıkları ile süslenmiş, kapıyla ayarlanabilir bir grafen cihazının üretim sürecini detaylandırmaktadır. Yüklü safsızlıkların varlığında grafenin uzamsal olarak bağımlı elektronik yapısını haritalamak, yerel bir Coulomb potansiyeline yanıt olarak göreli yük taşıyıcılarının benzersiz davranışını ortaya çıkarır.

Coulomb İmpürite Tarama Tünel Mikroskobu Çalışmaları Kapısı-ayarlanabilir Grafen Cihazlarının İmalatı

Silikon metal oksit yarı iletken kuantum noktalarına dayalı tek elektronlu pompalarla ilgili üretim süreci ve deneysel karakterizasyon teknikleri tartışılmaktadır.

Tek elektron pompalayabilme için Silikon Metal-oksit-yarıiletken Kuantum Noktaları

Yarı iletken malzemelerdeki çıkıkların ve tane sınırlarının optik, elektriksel ve yapısal özellikleri, taramalı elektron mikroskobunda yapılan deneylerle belirlenebilir. Elektron mikroskobu, katodolüminesans, elektron ışını kaynaklı akım ve geri saçılan elektronların kırınımını araştırmak için kullanılmıştır.

Bir Tarama Elektron Mikroskobu tarafından Yarıiletken Malzemelerin Genişletilmiş Kusur Kapsamlı Karakterizasyonu

Bu protokol, nano ölçekli dinamik süreçleri gözlem için kullanıldığı şekilde, su içinde AuNPs transmisyon elektron mikroskobu için bir sıvı akımı numune tutucu çalışmasını açıklar.

Tarama Transmisyon Elektron Mikroskobu kullanılarak Sıvı Nano-ölçekli Nesnelerin dinamik Süreçlerinin İncelenmesi

Burada, interfacial su SINE kararlılık düşsel, moleküler manipülasyon ve tek-bond titreşim spektroskopisinin açısından atomik ölçekte dinamikleri ve yapısını araştırmak için bir protokol mevcut.

Tarama tünelleme mikroskobu ve spektroskopi ile Interfacial su dinamiği ve yapısını sondalama

Burada, bir sütun halinde photoexcited molekülleri etrafında yerel yapıların deformasyonlar gözlemleri sağlayan diferansiyel-algılama analizleri zaman karar vermek kızılötesi titreşim spektroskopisinin ve elektron kırınım protokolleri mevcut sıvı kristal, yapısı ve bu fotoaktif malzeme dinamikleri arasındaki ilişki üzerine atomik bir bakış açısı veren.

Yapısal Photoresponsive sıvı kristaller dinamikleri gözlemlemek için yeni teknikleri

Azınlık türlerinden, ışık elementlerinden, oksijen boşluklarından ve diğer nokta/çizgi/düzlemsel kusurlardan güvenilir bir şekilde bilgi alan olay elektron ışını sallama koşulları altında elektron kanallama fenomenlerinden yararlanarak safsızlıkların ve kimyasal durumlarının saha doluluklarını tahmin etmek için nicel mikroanaliz yöntemlerinin genel bir taslağını sunuyoruz.

Kristal Malzemelerdeki Fonksiyonel Dopant/Nokta Kusurlarının Elektron Kanalize-Geliştirilmiş Mikroanaliz ile Nicel Atomik Saha Analizi

Bu çalışma, atomik çözünürlük iletim elektron mikroskopisi görüntülemede atomik konum izleme için bir iş akışı sunar. Bu iş akışı açık kaynaklı bir Matlab uygulaması (EASY-STEM) kullanılarak gerçekleştirilir.

Elektron Mikroskopisi ile Pikometre-Hassas Atomik Konum Takibi

Protokol, yüzeyi geliştirilmiş Raman saçılma spektroskopisi ve görüntüleme kullanarak tek nanopartiküller üzerindeki elektrokimyasal olayların nasıl izleneceğini açıklar.

Yüzeyle Geliştirilmiş Raman Saçılma Spektroskopisi ve Mikroskobu ile Tek Nanopartiküller Üzerinde Elektrokimyanın İzlenmesi

Burada, görüntüleme parametrelerini optimize ettiğimiz, sistem sınırlarını belirlediğimiz ve üç noktalı yıldız DNA motifi montajını görüntülemedeki potansiyel iyileştirmeleri araştırdığımız fototermal kapalı rezonans dokunma (PORT) ile biyomoleküler etkileşimleri gözlemlemek için görüntüleme protokolünü gösteriyoruz.

Fototermal Rezonans Kılavuz Çekme Kullanılarak DNA Üç Köşeli Yıldız Motifi Kendi Kendine Montajın Yüksek Hızlı Atomik Kuvvet Mikroskobu Görüntülemesi

Keşfedin, tam elektronik zaman çözümlü taramalı tünelleme mikroskobu ile silikondaki tek katkı maddesi yük dinamiklerini nanosaniye çözünürlükle nasıl inceleyebilirsiniz.

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

Daha fazla video keşfet