সলিড-স্টেট সিস্টেমের ইলেকট্রনিক কাঠামো অধ্যয়নের জন্য টানেলিং মাইক্রোস্কোপ একটি অত্যন্ত শক্তিশালী হাতিয়ার। এর টপোগ্রাফিক চিত্রগুলি রাসায়নিক-নির্দিষ্ট পৃষ্ঠ বিশ্লেষণ কৌশল প্রয়োগে সহায়তা করে, যা পৃষ্ঠের কাঠামোগত সংজ্ঞার দিকে পরিচালিত করে। আপনি ডিভাইস, ফাংশন এবং অর্থ সম্পর্কে শিখতে পারেন, সেইসাথে এই নিবন্ধে একটি টানেলিং মাইক্রোস্কোপের একটি ফটো দেখতে পারেন৷
স্রষ্টা
এই ধরনের একটি অণুবীক্ষণ যন্ত্র আবিষ্কারের আগে, পৃষ্ঠের পারমাণবিক গঠন অধ্যয়ন করার সম্ভাবনাগুলি মূলত এক্স-রে, ইলেকট্রন, আয়ন এবং অন্যান্য কণার বিম ব্যবহার করে বিচ্ছুরণ পদ্ধতিতে সীমাবদ্ধ ছিল। সুইস পদার্থবিদ গের্ড বিনিগ এবং হেনরিখ রোহরার প্রথম টানেলিং অণুবীক্ষণ যন্ত্র তৈরি করার সময় এই সাফল্য আসে। তারা তাদের প্রথম ছবির জন্য সোনার পৃষ্ঠ বেছে নিয়েছে। যখন ছবিটি একটি টেলিভিশন মনিটরে প্রদর্শিত হয়েছিল, তখন তারা সুনির্দিষ্টভাবে সাজানো পরমাণুর সারি দেখেছিল এবং এক পরমাণু উঁচু ধাপ দ্বারা পৃথক করা প্রশস্ত সোপানগুলি পর্যবেক্ষণ করেছিল। বিনিগ এবং রোহরারপৃষ্ঠতলের পারমাণবিক কাঠামোর সরাসরি চিত্র তৈরি করার জন্য একটি সহজ পদ্ধতি আবিষ্কার করেছেন। তাদের চিত্তাকর্ষক কৃতিত্ব 1986 সালে পদার্থবিজ্ঞানে নোবেল পুরস্কারের সাথে স্বীকৃত হয়েছিল।
পূর্ববর্তী
ন্যাশনাল ব্যুরো অফ স্ট্যান্ডার্ডে রাসেল ইয়াং এবং তার সহকর্মীরা 1965 এবং 1971 সালের মধ্যে টপোগ্রাফাইনার নামে একটি অনুরূপ মাইক্রোস্কোপ আবিষ্কার করেছিলেন। এটি বর্তমানে ন্যাশনাল ইনস্টিটিউট অফ স্ট্যান্ডার্ডস অ্যান্ড টেকনোলজি। এই মাইক্রোস্কোপটি এই নীতিতে কাজ করে যে বাম এবং ডান পাইজো ড্রাইভাররা নমুনা পৃষ্ঠের উপরে এবং সামান্য উপরে টিপটি স্ক্যান করে। কেন্দ্রীয় পাইজো-নিয়ন্ত্রিত সার্ভার ড্রাইভ একটি ধ্রুবক ভোল্টেজ বজায় রাখতে সার্ভার সিস্টেম দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হয়। এর ফলে টিপ এবং পৃষ্ঠের মধ্যে একটি স্থায়ী উল্লম্ব বিচ্ছেদ ঘটে। ইলেক্ট্রন গুণক টানেলিং কারেন্টের একটি ক্ষুদ্র ভগ্নাংশ সনাক্ত করে যা নমুনার পৃষ্ঠে ছড়িয়ে পড়ে।
পরিকল্পিত দৃশ্য
টানেলিং মাইক্রোস্কোপ অ্যাসেম্বলিতে নিম্নলিখিত উপাদানগুলি রয়েছে:
- স্ক্যানিং টিপ;
- একটি স্থানাঙ্ক থেকে অন্য স্থানাঙ্কে টিপ সরানোর জন্য কন্ট্রোলার;
- কম্পন বিচ্ছিন্নতা সিস্টেম;
- কম্পিউটার।
টিপটি প্রায়শই টাংস্টেন বা প্ল্যাটিনাম-ইরিডিয়াম দিয়ে তৈরি হয়, যদিও সোনাও ব্যবহার করা হয়। ইমেজ প্রসেসিং এর মাধ্যমে ইমেজ উন্নত করতে এবং পরিমাণগত পরিমাপ করতে কম্পিউটার ব্যবহার করা হয়।
এটি কীভাবে কাজ করে
টানেল পরিচালনার নীতিমাইক্রোস্কোপ বেশ জটিল। ডগা শীর্ষে ইলেকট্রন সম্ভাব্য বাধা দ্বারা ধাতু ভিতরের অঞ্চলে সীমাবদ্ধ নয়. তারা ধাতুতে তাদের চলাচলের মতো বাধার মধ্য দিয়ে চলে। অবাধে চলমান কণার বিভ্রম তৈরি হয়। বাস্তবে, ইলেক্ট্রন পরমাণু থেকে পরমাণুতে চলে যায়, দুটি পারমাণবিক সাইটের মধ্যে একটি সম্ভাব্য বাধা অতিক্রম করে। বাধার প্রতিটি পদ্ধতির জন্য, টানেল করার সম্ভাবনা 10:4। ইলেকট্রন প্রতি সেকেন্ডে 1013 গতিতে এটি অতিক্রম করে। এই উচ্চ সংক্রমণ হার মানে আন্দোলন যথেষ্ট এবং অবিচ্ছিন্ন।
পরমাণু মেঘকে ওভারল্যাপ করে খুব অল্প দূরত্বের জন্য ধাতুর অগ্রভাগকে পৃষ্ঠের উপর সরানোর মাধ্যমে, একটি পারমাণবিক বিনিময় করা হয়। এটি ডগা এবং পৃষ্ঠের মধ্যে প্রবাহিত অল্প পরিমাণে বৈদ্যুতিক প্রবাহ তৈরি করে। এটা পরিমাপ করা যেতে পারে। এই চলমান পরিবর্তনের মাধ্যমে, টানেলিং অণুবীক্ষণ যন্ত্রটি পৃষ্ঠের গঠন এবং স্থলভাগ সম্পর্কে তথ্য প্রদান করে। এর উপর ভিত্তি করে, একটি পারমাণবিক স্কেলে একটি ত্রিমাত্রিক মডেল তৈরি করা হয়েছে, যা নমুনার একটি চিত্র দেয়৷
টানেলিং
যখন ডগাটি নমুনার কাছাকাছি চলে যায়, তখন এটি এবং পৃষ্ঠের মধ্যবর্তী দূরত্বটি জালিতে সংলগ্ন পরমাণুর মধ্যকার ব্যবধানের সাথে তুলনীয় একটি মানের হয়ে যায়। টানেল ইলেকট্রন হয় তাদের দিকে বা প্রোবের ডগায় পরমাণুর দিকে যেতে পারে। প্রোবের বর্তমান নমুনার পৃষ্ঠের ইলেক্ট্রন ঘনত্ব পরিমাপ করে এবং এই তথ্যটি ছবিতে প্রদর্শিত হয়। পরমাণুর পর্যায়ক্রমিক অ্যারে স্বর্ণ, প্ল্যাটিনাম, রূপা, নিকেল এবং তামার মতো উপকরণগুলিতে স্পষ্টভাবে দৃশ্যমান। শূন্যস্থানডগা থেকে নমুনা পর্যন্ত ইলেক্ট্রনের টানেলিং ঘটতে পারে যদিও পরিবেশ একটি ভ্যাকুয়াম নয়, কিন্তু গ্যাস বা তরল অণুতে ভরা।
বাধা উচ্চতা গঠন
স্থানীয় বাধা উচ্চতা স্পেকট্রোস্কোপি মাইক্রোস্কোপিক পৃষ্ঠের কাজের ফাংশনের স্থানিক বন্টন সম্পর্কে তথ্য প্রদান করে। টানেল কারেন্টে লগারিদমিক পরিবর্তনের পয়েন্ট-বাই-পয়েন্ট পরিমাপের মাধ্যমে চিত্রটি প্রাপ্ত করা হয়, একটি বিভাজক ফাঁকে রূপান্তরকে বিবেচনা করে। বাধার উচ্চতা পরিমাপ করার সময়, প্রোব এবং নমুনার মধ্যে দূরত্ব একটি অতিরিক্ত AC ভোল্টেজ ব্যবহার করে সাইনোসয়েডভাবে মড্যুলেট করা হয়। একটি টানেলিং মাইক্রোস্কোপে ফিডব্যাক লুপ সময়ের ধ্রুবকের চেয়ে মড্যুলেশন পিরিয়ড অনেক কম বলে বেছে নেওয়া হয়েছে।
অর্থ
এই ধরনের স্ক্যানিং প্রোব মাইক্রোস্কোপ ন্যানো প্রযুক্তির বিকাশকে সক্ষম করেছে যা ন্যানোমিটার-আকারের বস্তুগুলিকে (৪০০ এবং ৮০০ এনএমের মধ্যে দৃশ্যমান আলোর তরঙ্গদৈর্ঘ্যের চেয়ে ছোট) পরিচালনা করতে হবে। টানেলিং মাইক্রোস্কোপ শেল কোয়ান্টাম পরিমাপ করে কোয়ান্টাম মেকানিক্সকে স্পষ্টভাবে চিত্রিত করে। আজ, পারমাণবিক বল মাইক্রোস্কোপি ব্যবহার করে নিরাকার নন-ক্রিস্টালাইন পদার্থ পর্যবেক্ষণ করা হয়।
সিলিকন উদাহরণ
সিলিকন পৃষ্ঠতলগুলি অন্য যে কোনও উপাদানের তুলনায় আরও ব্যাপকভাবে অধ্যয়ন করা হয়েছে। এগুলিকে এমন তাপমাত্রায় ভ্যাকুয়ামে গরম করে প্রস্তুত করা হয়েছিল যে পরমাণুগুলি একটি উদ্ভূত প্রক্রিয়ায় পুনর্গঠিত হয়েছিল। পুনর্গঠন মহান বিস্তারিতভাবে অধ্যয়ন করা হয়েছে. একটি জটিল প্যাটার্ন পৃষ্ঠের উপর গঠিত, যা Takayanagi 7 x 7 নামে পরিচিত। পরমাণু জোড়া তৈরি করে,বা ডাইমার যা অধ্যয়নের অধীনে থাকা সিলিকনের পুরো অংশ জুড়ে বিস্তৃত সারিগুলিতে ফিট করে৷
গবেষণা
একটি টানেলিং অণুবীক্ষণ যন্ত্রের অপারেটিং নীতির উপর গবেষণা এই উপসংহারে পৌঁছেছে যে এটি আশেপাশের বায়ুমণ্ডলে ভ্যাকুয়ামের মতো একইভাবে কাজ করতে পারে। এটি বায়ু, জল, নিরোধক তরল এবং ইলেক্ট্রোকেমিস্ট্রিতে ব্যবহৃত আয়নিক দ্রবণে পরিচালিত হয়েছে। এটি উচ্চ ভ্যাকুয়াম ডিভাইসের তুলনায় অনেক বেশি সুবিধাজনক৷
টানেলিং মাইক্রোস্কোপকে মাইনাস 269 ডিগ্রি সেলসিয়াসে ঠান্ডা করা যায় এবং প্লাস 700 ডিগ্রি সেলসিয়াসে উত্তপ্ত করা যায়। নিম্ন তাপমাত্রা ব্যবহার করা হয় অতিপরিবাহী পদার্থের বৈশিষ্ট্য অধ্যয়ন করতে, এবং উচ্চ তাপমাত্রা ব্যবহার করা হয় ধাতুর পৃষ্ঠের মাধ্যমে পরমাণুর দ্রুত প্রসারণ এবং তাদের ক্ষয় অধ্যয়নের জন্য।
টানেলিং মাইক্রোস্কোপ প্রাথমিকভাবে ইমেজ করার জন্য ব্যবহৃত হয়, তবে আরও অনেক ব্যবহার রয়েছে যা অন্বেষণ করা হয়েছে। প্রোব এবং নমুনার মধ্যে একটি শক্তিশালী বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র নমুনার পৃষ্ঠ বরাবর পরমাণুগুলিকে সরানোর জন্য ব্যবহৃত হয়েছিল। বিভিন্ন গ্যাসে একটি টানেলিং মাইক্রোস্কোপের প্রভাব অধ্যয়ন করা হয়েছে। একটি গবেষণায়, ভোল্টেজ ছিল চার ভোল্ট। ডগা থেকে পরমাণুগুলি সরিয়ে সাবস্ট্রেটের উপর স্থাপন করার জন্য ডগায় ক্ষেত্রটি যথেষ্ট শক্তিশালী ছিল। এই পদ্ধতিটি একটি সোনার প্রোবের সাথে ব্যবহার করা হয়েছিল যার প্রতিটিতে কয়েকশো সোনার পরমাণু সহ একটি সাবস্ট্রেটে ছোট সোনার দ্বীপ তৈরি করা হয়েছিল। গবেষণা চলাকালীন, একটি হাইব্রিড টানেলিং মাইক্রোস্কোপ উদ্ভাবিত হয়েছিল। আসল ডিভাইসটি একটি বাইপোটেনটিওস্ট্যাটের সাথে একীভূত ছিল।
