Изучение электрофизических свойств поверхности методами туннельной микроскопии и спектроскопии Путилов Алексей, аспирант 1 года ИФМ РАН

План 1.Принцип работы сканирующего туннельного микроскопа 2.Режимы измерения 3.Изучение топографии поверхности 4.Локальная плотность состояний и ее измерение 5.Спектроскопия поверхности 6.Исследование сверхпроводящих материалов 7.Сканирующий туннельный микроскоп UHV LT STM Omicron.

Незаполненные состояния образца Заполненные состояния образца tipsample d V e-e- Сканирующий туннельный микроскоп tip sample

Вычисление туннельного тока R. Wiesendanger, Scanning Probe Microscopy and Spectroscopy: Methods and Applications, Cambridge, UK, 1994 Квазиклассическое приближение:

Режимы работы микроскопа 1)Режим постоянной высоты (без обратной связи) 2) Режим постоянного туннельного тока (с обратной связью) Топография поверхностиЛокальная спектроскопия поверхности 1)Измерение вольт-амперной характеристики при фиксированном положении иглы 2) Модуляционное измерение дифференциальной проводимости

Топография поверхности Si(111)7х7

Топография поверхности Au(100) T=77 K, I=6 nA, V=1 mV, 10x10 nm

Задача Бардина. Метод туннельного гамильтониана Коэффициент прозрачности Матричный элемент туннельного перехода LeftRight S T=0

Tip: Sample: -локальная плотность состояний Локальная плотность состояний

Спектроскопия. Измерение плотности состояний 1) 2)

Примеры спектроскопии Si(111), 7K Au(111)

Current image tunneling spectroscopy (CITS) Численный расчет: метод функционала плотности (DFT) CITS DFT

Спектроскопия сверхпроводящего состояния Абрикосов. Основы теории металлов T= Tc 0.4 Tc 0.6 Tc 0.8 Tc

Наблюдение сверхпроводящей щели в NbSe 2 - zero bias conductance: V scan = 100 mV I = 0.5 nA V osc = 0.4 mV 400x400 nm

Рабочее давление 10е-10 mbar Температура образца и иглы К Перпендикулярное образцу магнитное поле 0-0,16Тл Область сканирования до 2х2мкм (LHe); 4х4 мкм (LN 2 ) Сканирующий туннельный микроскоп Omicron Электронно-лучевые испарители для точного напыления тонкослойных структур Ионная пушка (Ar+) для очитки образцов

Некоторые результаты измерений. Si(111)7x7 V>0. Незаполненные состояния образца V

Топологический изолятор Bi 2 Te mV250 mV300 mV350 mV I = 60 pA, 5x5nm Некоторые результаты измерений 3x3 nm, 200 pA, 50 mV NbSe 2

Спасибо за внимание!