|
Теоретическое исследование изменения длины острия СТМ вследствие разогрева энергией Ноттингама Санкт-Петербургский государственный университет Научный руководитель: Владимиров Георгий Георгиевич, доктор физико-математических наук Один из основных методов модификации поверхности в СТМ заключается в кратковременном повышении разности потенциалов между острием зонда и поверхностью образца. Характерной особенностью этого процесса является скачкообразное падение сопротивления туннельного промежутка при приложении модифицирующего импульса напряжения. Это позволяет предположить образование электрического контакта между острием зонда и поверхностью образца. Целью данной работы являлось теоретическое рассмотрение физических процессов, протекающих в острие зонда при повышении напряжения и способных привести к изменению длины зонда на величину, сравнимую с шириной туннельного промежутка. Были рассмотрены эффекты:
В качестве формы острия рассматривался объем, ограниченный конической поверхностью и фрагментом сферы (рис. 1).
рис. 1. Проведенные расчеты показали, что изменение длины острия происходит в основном за счет термического расширения. Причем вклад энергии Джоуля-Ленца пренебрежимо мал в сравнении с вкладом энергии Ноттингама. Были получены зависимости величины туннельного промежутка от времени, при различных параметрах системы зонд-острие (напряжение модифицирующего импульса, работа выхода материала зонда, начальная величина туннельного промежутка, радиус кривизны вершины острия, угол раствора конуса, характеристики материала зонда) (рис. 2а).
рис. 2. Расчеты подтвердили возможность лавинообразного увеличения тока, приводящего к образованию контакта между острием зонда и поверхностью образца. Были найдены зависимости времени, требуемого для образования контакта, от параметров эксперимента. Изучение этих зависимостей показало, что при реально существующих условиях эксперимента время образования контакта может варьироваться в пределах от долей наносекунд до секунд. Если учесть влияние факторов, способных помешать развитию процесса, таких как шумы, вибрации и т.д., а так же то факт, что длительность модифицирующего импульса напряжения обычно равняется микросекундам, то можно объяснить вероятностный характер зависимости образования модификации от параметров эксперимента. Расчет температуры острия показал, что даже при протекании лавинообразного процесса, приводящего к контакту, изменение температуры вершины острия остается невелико (рис. 2б). Таким образом, можно сделать следующие выводы:
|
| (c) АСФ России, 2001 |